作为具有层状结构的过度金属硫化物（TMDs），磁控溅射WS₂、MoS₂基薄膜是一种具有良好润滑性能及稳定性的固体润滑材料^[1]，可应用于航天器运动机构的表面改性。然而纯WS₂薄膜结构松散、质地柔软，耐磨性能较差。通过掺杂Ti^[2,3]，Cr^[4]，Ni^[5]，Al^[6]等进行改性，可以提高薄膜硬度、致密度以及抗摩擦磨损性能。我们利用高功率脉冲磁控溅技术（High power impulse magnetron sputtering, HiPIMS）制备出了结构致密的WS₂薄膜，研究发现其具有较好的摩擦学性能，但在高对磨频率下的耐磨性能有待提高。分析发现，所制备的WS₂薄膜结合力较差，采用划痕仪测试表明L_C3只有18 N。这可能导致薄膜在高对磨频率下摩擦学性能表现不佳。为此，在沉积WS₂薄膜前，我们采用辉光等离子体对基片进行了清洗。结果表明，等离子清洗可以显著改善WS₂薄膜与不锈钢基底的结合力，将L_C2提高到33 N，L_C3大于60 N，相应的耐磨性也得到了明显提高。图1给出了经等离子清洗处理与未经等离子清洗处理的WS₂薄膜在不同对磨频率下的磨损率。结果表明，在相同摩擦载荷和摩擦频率下，经等离子清洗处理后的WS₂薄膜的磨损率显著降低。特别是在高对磨频率下，磨损率降低了一个数量级，耐磨性能得到明显改善。
参考文献
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等离子清洗; 固体润滑; 摩擦学性能; HiPIMS