磁控濺射Ti-W-N和Ti-W-N-MoS2薄膜的制備及摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、Ti-W-N和Ti-W-N／MoS2是典型的減摩、耐磨涂層,且具有很好的抗氧化性、良好的潤(rùn)滑性和耐磨性,因而受到廣泛的關(guān)注。(1)磁控濺射制備Ti-W-N薄膜過(guò)程中,通過(guò)改變基體位置可以方便地控制薄膜的化學(xué)成分,使得研究過(guò)程大為簡(jiǎn)化。本實(shí)驗(yàn)中使用純Ti和純W雙靶磁控共濺射,在同一濺射過(guò)程中薄膜厚度相同的情況下,通過(guò)改變基片相對(duì)于靶材的位置,在基體上沉積不同化學(xué)成分的Ti-W-N薄膜。(2)選取性能最佳Ti-W-N硬質(zhì)薄膜,在基材上先沉積

2、Ti-W-N薄膜,然后采用MoS2靶材,沉積MoS2薄膜,從而制備出雙層Ti-W-N／MoS2薄膜。通過(guò)對(duì)兩種薄膜的粗糙度,硬度和摩擦行為的測(cè)定和結(jié)構(gòu)分析,研究其減摩耐磨機(jī)理,研究工作結(jié)果如下:
　　 1.對(duì)于Ti-W-N系金屬間化合物薄膜
　　 (1)成分分析結(jié)果表明:Ar／N2=3:1時(shí),各位置制備薄膜成分變化范圍為W0.80Ti0.20N～W0.18Ti0.82N,且隨樣品位置改變呈線性變化趨勢(shì)。XRD結(jié)果顯示各位

3、置制備的Ti-W-N薄膜的成分隨著基體濺射位置改變而變化,薄膜中出現(xiàn)了TiN,TiN0.6O0.4,W2N,W等多種物相組織。熱處理后薄膜的顆粒均勻細(xì)化,并呈現(xiàn)有序化,薄膜表面光滑。
　　 (2)Ti含量為0.52的Ti-W-N薄膜(位于P4位置)在制備的Ti-W-N薄膜整個(gè)體系中擁有最高的硬度(29.8GPa)和最高的彈性模量(277.5GPa),膜-基結(jié)合力達(dá)到最大49N,可以說(shuō)明Ti含量為0.52的Ti-W-N薄膜擁有較好

4、的力學(xué)性能；表面形貌分析表明此種化學(xué)成分的薄膜表面相對(duì)光滑平整且晶粒相對(duì)細(xì)小均勻,以粒狀為主。
　　 (3)摩擦磨損結(jié)果表明中間位置制備的Ti含量為0.52的薄膜擁有整個(gè)體系中最佳的摩擦磨損性能。在整個(gè)Ti-W-N薄膜體系中Ti0.52W0.48N的摩擦系數(shù)與磨損率均達(dá)到最小值,且其磨痕形貌圖也顯示磨痕較為光滑,薄膜保存完好,綜合考慮其擁有Ti-W-N薄膜整個(gè)體系中最佳的摩擦磨損性能。
　　 2.對(duì)于Ti-W-N／MoS

5、2薄膜
　　 (1)制備Ti-W-N薄膜層時(shí)與前面采用參數(shù)一致。制備MoS2薄膜層時(shí),采用最佳的濺射參數(shù):濺射氣壓3 Pa,濺射功率150W。熱處理后薄膜的顆粒均勻細(xì)化,并呈現(xiàn)有序化,薄膜表面光滑平整。
　　 (2)成分分析結(jié)果表明:采用優(yōu)化的Ti0.52W0.48N作為硬質(zhì)薄膜層的化學(xué)成分,制備的Ti-W-N／MoS2薄膜的MoS2薄膜層成分為MoS2,MoO3等多種物相組織。
　　 (3)通過(guò)加載卸載試驗(yàn),T