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固体润滑剂WS2具有优良的摩擦磨损性能,但是WS2晶体边缘的不饱和悬挂键具有化学活性,在摩擦过程中易被氧化而失效,同时溅射沉积的纯WS2薄膜呈柱状结构,具有这种结构的膜层耐负载能力和耐磨性能相对较差。为了改善其摩擦磨损性能,本文采用离子束辅助沉积技术制备WS2-Ti-Ag复合薄膜,以提高薄膜摩擦学性能。
采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征WS2-Ti-Ag复合薄膜的形貌、厚度和结构,采用X射线能谱仪(EDX)和X射线光电子能谱(XPS)分析复合薄膜的化学成分和元素的化合态,原位纳米力学测试系统(TriboIndenter)用于表征复合薄膜的纳米硬度。结果表明,离子束辅助沉积技术制备的WS2-Ti-Ag复合薄膜,晶态纳米Ag颗粒均匀地生长在非晶态的WS2基体中。低能离子的周期性轰击使复合薄膜呈纳米多层结构,有利于复合薄膜的致密化,提高膜层界面的结合强度。随着沉积周期的减小,单层膜厚减小,膜层致密度提高。
采用球一盘式摩擦磨损试验机(ball-on-disk tribometer)研究WS2-Ti-Ag复合薄膜在大气环境中的摩擦磨损性能。讨论沉积参数(沉积气压、离子能量、沉积周期)、基体材料、载荷和转速等因素对复合薄膜摩擦磨损性能的影响,并采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析复合薄膜磨损后的磨痕形貌和成分。结果表明:WS2-Ti-Ag复合薄膜具有优异的摩擦磨损性能,随着沉积周期的减小,摩擦系数降低,摩擦过程更加稳定,耐磨性能提高。