Si/MoS 2 及C-Si/MoS 2 涂层在不同湿度条件下摩擦磨损性能
发布时间：2021-09-03 18:28
为了改善传统MoS2涂层的摩擦学性能,利用中频直流磁控溅射技术在硅片和304不锈钢上沉积Si/MoS2和2种不同碳含量的C-Si/MoS2复合薄膜,利用扫描电镜（SEM）配备的EDS设备对薄膜的成分及厚度进行表征,利用真空摩擦磨损试验机（CSM）测试不同湿度条件下Si/MoS2和C-Si/MoS2的摩擦磨损性能。结果表明:2种不同碳含量的C-Si/MoS2含有相似的Si含量,Si在薄膜中以单质的形式存在;Si/MoS2薄膜随着湿度的增加,摩擦因数持续增加,同Si/MoS2薄膜相比,掺碳量49.08%（原子分数）的C-Si/MoS2薄膜摩擦性能得到优化,仅在24%湿度下摩擦因数高于纯Si/MoS2薄膜;含碳量为49.08%的C-Si/MoS2薄膜磨损程度最小,这是因为C在摩擦过程中易剪切滑移,与MoS2耦合润滑,优化了薄膜的摩擦...
【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
真空环境下Si/MoS2涂层和C-Si/MoS2涂层同Al2O3 球对摩的摩擦因数
从图6可看出,真空条件下3种薄膜的磨损率相比其他条件下较小;掺碳量为49.08%的C-Si/MoS2薄膜与纯的Si/MoS2薄膜磨损率随着湿度的变化规律相同;而含碳量为53.77%的C-Si/MoS2薄膜在湿度为24%的条件下磨损率最小,为6.2×10-7 mm3/(N·m),当湿度增加至80%时,磨损率增大了一个数量级,说明该湿度条件下薄膜参与摩擦过程中材料磨损转移量增大。2.3 Si/MoS2涂层和C-Si/MoS2 涂层不同湿度磨痕形貌
图2给出了24%的湿度条件下Si/MoS2涂层和C-Si/MoS2涂层同Al2O3球对摩的摩擦因数。可以看出,纯的Si/MoS2复合薄膜平均摩擦因数为0.05,而掺碳之后薄膜的摩擦曲线波动较大,平均摩擦因数达到0.1左右,表面该湿度下薄膜摩擦表面发生了一定程度的变化,文献[20]报道MoS2对湿度非常敏感,在潮湿环境下很容易被水蒸气和氧气氧化生成剪切模量较大的 MoO3,这使得MoS2的摩擦因数升高、润滑性能降低;MoS2由于其对水汽的敏感性且易与其发生反应导致成分发生氧化变性、摩擦性能退化甚至失效。掺Si之后的MoS2薄膜摩擦因数显著升高,且该条件下C-Si/MoS2的摩擦因数明显比纯的Si/MoS2摩擦因数高,且含碳量53.77%的C-Si/MoS2薄膜比含碳量49.08%的C-Si/MoS2薄膜在相同湿度下摩擦因数更高。图3给出了40%的湿度条件下Si/MoS2涂层和C-Si/MoS2涂层同Al2O3球对摩的摩擦因数。可以看出,纯的Si/MoS2复合薄膜平均摩擦因数为0.075,含碳量49.08%的C-Si/MoS2薄膜平均摩擦因数为0.068,说明该湿度下掺碳之后涂层的摩擦因数轻微减小了;含碳量53.77%的C-Si/MoS2薄膜依然保持一个较高的平均摩擦因数,约为0.15,相比在24%的湿度条件下,该薄膜的摩擦因数持续增加。与24%的湿度条件相比,在40%的湿度条件下的平均摩擦因数从0.12降低至0.068,且比纯Si/MoS2的摩擦因数更小,说明该湿度条件下,虽然水蒸气导致了MoS2薄膜的氧化以及MoS2界面剪切强度的增加,但C与MoS2在摩擦过程中的耦合作用达到最佳,含碳量49.08%的C-Si/MoS2复合薄膜在该条件下性能最好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽温域连续润滑材料的研究进展[J]. 刘二勇,贾均红,高义民,曾志翔,乌学东. 中国表面工程. 2015(04)
[2]固体润滑概论（9）[J]. 西村允,王安钧. 固体润滑. 1988(03)
本文编号：3381631
【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
真空环境下Si/MoS2涂层和C-Si/MoS2涂层同Al2O3 球对摩的摩擦因数
从图6可看出,真空条件下3种薄膜的磨损率相比其他条件下较小;掺碳量为49.08%的C-Si/MoS2薄膜与纯的Si/MoS2薄膜磨损率随着湿度的变化规律相同;而含碳量为53.77%的C-Si/MoS2薄膜在湿度为24%的条件下磨损率最小,为6.2×10-7 mm3/(N·m),当湿度增加至80%时,磨损率增大了一个数量级,说明该湿度条件下薄膜参与摩擦过程中材料磨损转移量增大。2.3 Si/MoS2涂层和C-Si/MoS2 涂层不同湿度磨痕形貌
图2给出了24%的湿度条件下Si/MoS2涂层和C-Si/MoS2涂层同Al2O3球对摩的摩擦因数。可以看出,纯的Si/MoS2复合薄膜平均摩擦因数为0.05,而掺碳之后薄膜的摩擦曲线波动较大,平均摩擦因数达到0.1左右,表面该湿度下薄膜摩擦表面发生了一定程度的变化,文献[20]报道MoS2对湿度非常敏感,在潮湿环境下很容易被水蒸气和氧气氧化生成剪切模量较大的 MoO3,这使得MoS2的摩擦因数升高、润滑性能降低;MoS2由于其对水汽的敏感性且易与其发生反应导致成分发生氧化变性、摩擦性能退化甚至失效。掺Si之后的MoS2薄膜摩擦因数显著升高,且该条件下C-Si/MoS2的摩擦因数明显比纯的Si/MoS2摩擦因数高,且含碳量53.77%的C-Si/MoS2薄膜比含碳量49.08%的C-Si/MoS2薄膜在相同湿度下摩擦因数更高。图3给出了40%的湿度条件下Si/MoS2涂层和C-Si/MoS2涂层同Al2O3球对摩的摩擦因数。可以看出,纯的Si/MoS2复合薄膜平均摩擦因数为0.075,含碳量49.08%的C-Si/MoS2薄膜平均摩擦因数为0.068,说明该湿度下掺碳之后涂层的摩擦因数轻微减小了;含碳量53.77%的C-Si/MoS2薄膜依然保持一个较高的平均摩擦因数,约为0.15,相比在24%的湿度条件下,该薄膜的摩擦因数持续增加。与24%的湿度条件相比,在40%的湿度条件下的平均摩擦因数从0.12降低至0.068,且比纯Si/MoS2的摩擦因数更小,说明该湿度条件下,虽然水蒸气导致了MoS2薄膜的氧化以及MoS2界面剪切强度的增加,但C与MoS2在摩擦过程中的耦合作用达到最佳,含碳量49.08%的C-Si/MoS2复合薄膜在该条件下性能最好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽温域连续润滑材料的研究进展[J]. 刘二勇,贾均红,高义民,曾志翔,乌学东. 中国表面工程. 2015(04)
[2]固体润滑概论（9）[J]. 西村允,王安钧. 固体润滑. 1988(03)
本文编号：3381631
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