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二硫化钨(WS_2)薄膜的制备及其摩擦学性能

惠秀梅

  在高温、高真空或高低温循环等苛刻条件下,液体润滑剂由于无法满足使用要求,这使润滑剂面临严峻的挑战。在这些环境中,固体润滑膜可以代替液体润滑剂有效地发挥润滑功能,并已被广泛应用于真空设备及空间技术领域。由于具有优异的摩擦学性能以及比MoS2更高的抗氧化温度,WS2已经成为解决苛刻运行环境中润滑问题的有效途径。 本课题采用反应磁控溅射硫化法和射频磁控溅射两种沉积方法在3Cr13不锈钢基片上沉积二硫化钨(WS2)薄膜。采用SEM, XRD, EDS对薄膜的形貌、结构、化学成分进行了表征和测试;采用划痕试验测定了薄膜与界面的结合强度,采用触针法测量薄膜的厚度,并通过微摩擦试验机表征了WS2薄膜的摩擦学性能。 XRD检测结果显示,利用本课题两种沉积方法在不锈钢基片上沉积的WS2薄膜可以是非晶态也可以是晶态。EDS测出WS2薄膜内S、W元素的质量百分比和原子百分比,由分析数据可知,实验参数不同,WS2膜的成分结构及性质都有所变化;SEM分析发现薄膜由均匀的颗粒组成,薄膜与基体结合良好,没有出现开裂、分离的情况。反应磁控溅射硫化法检测结果表明硫化温度对WS2薄膜的表面形貌和结晶率有明显的影响,而对膜层的化学成分影响不大。射频磁控溅射法检测结果表明添加过渡层可以改善薄膜结合力;经过退火处理的薄膜出现结晶趋势。本文还总结了两种沉积方法制备的WS2薄膜在不同参数(如:硫化温度、溅射功率、溅射气压、溅射时间和过渡层等)条件下,薄膜结构、化学成分、膜厚、薄膜与基底界面的结合力等随工艺参数的变化规律。 采用微摩擦试验机研究了WS2薄膜的摩擦学性能。讨论了不同工艺参数对薄膜摩擦学性能的影响。结果表明:对于反应磁控溅射硫化法制备的WS2薄膜,可以有效改善不锈钢基底的摩擦学性能。而且随着硫化温度的升高,薄膜摩擦学性能随之提高。对于射频磁控溅射法,研究了摩擦学性能随不同工艺参数的变化规律。本文发现增加一定的过渡层对于沉积质量较好的薄膜十分有利,增加过渡层后,减小了薄膜内应力,增加了薄膜与基底的结合力,明显提高了成膜质量,制得的薄膜摩擦系数小,并且载荷变化,对加过渡层的薄膜影响也较小。……   
[关键词]:二硫化钨;硫化;直流反应磁控溅射;射频磁控溅射;摩擦学性能
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:东北大学2008年