第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

117 / 2020-09-18 10:39:36

工艺参数对非平衡磁控溅射制备La-Ti/WS2复合薄膜结构和摩擦学性能的影响

La-Ti/WS2复合薄膜；非平衡磁控溅射；减摩；耐磨

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要满足航天器机械转动部件在恶劣工况条件下的工作，需研制高硬度、低摩擦系数的固体润滑薄膜。本文采用非平衡磁控溅射法制备了纯WS₂薄膜和La-Ti掺杂WS₂复合薄膜。研究了沉积压力、溅射功率对La-Ti/WS₂复合薄膜结构和摩擦学性能的影响。利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对薄膜微观形貌、成分和晶向结构进行表征。用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。研究发现，制备工艺参数对La-Ti/WS₂复合薄膜的微观结构和摩擦学性能有较大的影响，当沉积压力为1.2Pa时，La-Ti/WS₂复合薄膜的微观结构致密，其硬度随着沉积压力变化呈现先增大后减小趋势，此时薄膜硬度和弹性模量达到最大分别为4.6GPa和84.57GPa。分析其摩擦学性能发现，此时磨损率最低，耐磨性较好。通过改变溅射功率，发现当溅射功率为20W时，La-Ti/WS₂复合薄膜S/W原子比最小，此时硬度较高，薄膜致密性得到提高，由于在对偶面形成的转移膜起到润滑作用，摩擦系数最低，磨损率较小，耐磨性能较佳，表明合适的La、Ti掺杂量可以获得性能较为优异的WS₂复合薄膜。研究结果表明，在WS₂薄膜制备中掺杂元素La和Ti可以改善复合薄膜的微观结构和摩擦学性能，并获得了较优的制备工艺参数。