MoS2/C复合涂层的冲击磨损特性研究

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MoS2是一种常见的固体润滑材料,被誉为固体润滑材料之王,具有典型的二维层状结构,晶体为六方晶系。这种层状结构使得MoS2层间容易滑动,这赋予了MoS2良好的润滑与减磨效果,广泛应用于国内外航空航天、机械制造和刀具等领域。但由于其所处环境及磨损形式复杂,纯MoS2在复杂工况下容易发生失效,导致其耐磨损性能大大降低并且腐蚀加剧,对其需要有进一步的研究。为了解决纯MoS2在实际工况中易磨损问题,本文通过非平衡磁控溅射技术在MoS2中沉积不同含量的C元素得到MoS2/C复合涂层。在基于动能控制的冲击实验设备上,研究了不同C含量的MoS2/C复合涂层的磨损特性,筛选出了能显著提高涂层耐磨性的一组材料;分析了不同对磨副材料及不同初始动能对MoS2/C复合涂层的冲击磨损性能影响,同时研究了冲击演变过程中的磨损机理,得出以下结论:(1)通过非平衡磁控溅射技术沉积的MoS2/C复合涂层表面均匀,化学元素分布一致,其硬度及弹性模量较纯MoS2涂层有显著提高。随着溅射沉积过程中MoS2靶电流的持续升高,MoS2/C复合涂层中C原子百分比逐渐下降。(2)以MoS2靶电流为0.6 A沉积的MoS2/C复合涂层拥有最佳的耐冲击磨损性能,对应的C原子含量为78.3%,硬度约为8 GPa,弹性模量为120 GPa,此时涂层拥有较低的能量吸收率及冲击接触峰值力,且对应着最小的磨损量。(3)冲击过程中,MoS2/C复合涂层磨痕中心平整光滑,磨损主要集中在磨痕边缘,以材料的分层剥落、磨屑堆积及少量的微裂纹形式存在,磨损机理为材料的塑性变形及剥层。(4)冲击副材料的弹性模量及硬度提高,冲击过程中的接触应力、吸收能量及能量吸收率逐渐增大,另外,磨损量及磨损率也增大。改变冲击初始动能,对应的摩擦界面动力学性能逐渐升高,磨损加剧。不同实验参数冲击下,涂层的磨损总是低于基体,体现了涂层相对于基体具有更优的耐冲击磨损性能。
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