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中国表面工程 2024年第3期 175-184页

作者：程志强李春燕高凯雄兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室中国科学院兰州化学物理所材料磨损与防护重点实验室

空间装备正朝着重载、长时间运行的方向发展，对润滑材料的性能要求日益提高。当前二硫化钼（mos2）薄膜主要在真空低载下（<0.5 GPa）服役，因此须发展针对真空宽载（中高载）下服役的二硫化钼复合薄膜。通过非平衡磁控溅射技术制备mos... 详细信息

空间装备正朝着重载、长时间运行的方向发展，对润滑材料的性能要求日益提高。当前二硫化钼（mos2）薄膜主要在真空低载下（复合薄膜。通过非平衡磁控溅射技术制备mos2/dlc复合薄膜，利用SEM、AFM、XRD、XPS、Raman、TEM、真空摩擦试验机等分析薄膜结构、形貌、摩擦学性能及磨损机制。结果显示：dlc的加入能够改善mos2柱状结构，使复合薄膜更加致密，并且能够促进薄膜以（002）晶面择优取向生长。复合薄膜在真空宽载（0.73～1.27GPa）下均能保持稳定的低摩擦因数（0.02～0.06）和低磨损率(10-10mm3·N-1·m-1)，与mos2相比降低了三个数量级。通过对磨屑进行分析，发现复合薄膜在摩擦过程能发生石墨化转变，形成有序的石墨结构以及润滑性能优良的（002）取向的mos2，同时在mos2催化作用及接触应力诱导下，形成的层间低剪切力的石墨结构及层状的mos2有利于实现低摩擦因数和低磨损率。非晶碳的加入使得复合薄膜在真空环境下能够保持低摩擦因数和超低磨损率。通过复合结构设计实现了二硫化钼/碳复合薄膜在真空宽载条件下的超低磨损，可为空间超低磨损薄膜的设计、开发和应用提供一定的实验基础和理论指导。

关键词：摩擦磨损 mos2/dlc复合薄膜致密度真空

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二硫化钼/碳薄膜的制备及其真空摩擦学性能研究

二硫化钼/碳薄膜的制备及其真空摩擦学性能研究

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作者：程志强兰州理工大学

学位级别：硕士

空间装备正朝着重型、大型化、长时间运行的方向发展,对空间润滑材料的性能要求日益提高。目前,以二硫化钼、软金属为代表的空间固体润滑薄膜只能在低载下（<0.5GPa）服役,因此需发展针对中高载荷的空间固体润滑薄膜材料/体系。摩擦存... 详细信息

空间装备正朝着重型、大型化、长时间运行的方向发展,对空间润滑材料的性能要求日益提高。目前,以二硫化钼、软金属为代表的空间固体润滑薄膜只能在低载下（薄膜材料/体系。摩擦存在于运动部件的表界面,本文从空间运动部件的表面（部件表面）和界面部件与部件)两方面入手,利用二硫化钼层状低剪切和碳薄膜（dlc）高硬度、低摩擦磨损特性,设计了表面二硫化钼/碳复合结构、二硫化钼/碳多层结构薄膜和界面异质配副体系,并系统考察了上述薄膜/体系在真空下的摩擦学性能,揭示了表界面结构对其真空摩擦学性能影响机制,取得了以下主要研究结果:（1）通过非平衡磁控溅射方法制备了mos/dlc复合薄膜,与纯mos薄膜相比,从复合薄膜的横截面上可以观察到组织结构紧密,mos的柱状结构不再明显,薄膜表面形貌不再呈现mos蠕虫状特征,出现聚集颗粒形成的岛状结构,非晶碳改善了mos结晶不良,促进mos择优取向生长,提高了复合薄膜的硬度,降低了复合薄膜的粗糙度。摩擦磨损测试结果显示复合薄膜与纯dlc薄膜相比能够实现长摩擦寿命;与纯mos薄膜相比,在真空宽载条件下磨损率降低了三个数量级。超低磨损的原因归结于复合薄膜中存在的层状结构的mos和低剪切力的层状石墨烯结构。（2）通过非平衡磁控溅射制备了mos/dlc纳米级多层薄膜,与纯mos薄膜相比,mos/dlc多层薄膜的硬度提升三倍,多层薄膜具有较低的摩擦系数（0.04）,与纯mos薄膜相比,磨损率降低了2个数量级。mos层改善了dlc的真空摩擦失效问题,dlc层能够提高多层薄膜的硬度,同时降低磨损率。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）显示纳米级的层厚（0.17 nm）能够使更多的mos层和dlc层参与到摩擦过程中,高接触应力和mos能将无序的非晶碳诱导形成有序的石墨烯带,从而降低摩擦系数和磨损率。（3）通过PECVD方法制备了类富勒烯碳薄膜（FL-C:H）,并考察了薄膜与不同配副的真空摩擦学性能。结果显示:FL-C:H与mos组成的异质配副在真空(5×10Pa)表现出低摩擦系数（0.02）和低磨损率(10mm/Nm)。该异质配副体系磨屑中存在大量的mos和有序的石墨烯片。这表明在低剪切力和Mo原子的催化作用下,FL结构发生重构,重建为短程有序的石墨烯片,实现了真空中低摩擦磨损性能。

关键词： mos2/dlc复合薄膜 mos2/dlc多层薄膜摩擦磨损剪切力

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