二硫化钼基固体润滑薄膜腐蚀、抗高温高湿氧化及摩擦学行为的研究

发布时间：2020-06-16 12:13

【摘要】：MoS_2固体润滑薄膜在高湿环境中应用或者在湿热大气环境中长期存储后,由于发生严重的氧化导致其摩擦学性能大幅劣化,表现出较高的摩擦系数和较短的使用寿命。为了增强MoS_2基薄膜耐腐蚀性能,改善薄膜在湿热环境下的抗氧化能力和在高湿环境中的摩擦学行为,本研究通过非平衡闭合场磁控溅射技术制备了MoS_2/Pb-Ti复合薄膜和MoS_2/Pb-Ti纳米多层薄膜。为了解薄膜的微观结构、化学成分、电化学腐蚀行为、耐盐雾腐蚀能力、机械性能和摩擦学性能,分别采用了X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、高分辨透射电子显微镜、极化曲线、电化学阻抗谱、盐雾试验箱、纳米压痕仪和球盘摩擦实验机等实验仪器和方法来进行测试。微观形貌结果表明,MoS_2/Pb-Ti复合和纳米多层薄膜微观结构明显更加致密均匀、缺陷很少。电化学阻抗谱和盐雾试验的结果表明,由于复合和纳米多层薄膜结构致密,明显降低了薄膜的孔隙率、减少了水汽和其它腐蚀性介质侵入的可能性,使得这两种薄膜的耐蚀性能和抗氧化性能明显改善。与纯MoS_2薄膜相比,复合和纳米多层薄膜分别由于Pb/Ti金属元素的掺入和纳米多层结构的构建,使得它们的机械性能和抗氧化性能大幅增加,摩擦学性能明显改善。此外,MoS_2/Pb-Ti纳米多层薄膜中大量存在的异质界面也对薄膜孔洞和缺陷的产生起到阻碍的作用、有效提高了薄膜致密度、耐蚀性能和抗氧化性能。为真实了解MoS_2基薄膜在具有高温、高湿、高盐雾等特点的南海海洋大气环境条件下长期存储后,对其在大气和真空条件下的摩擦学性能产生的影响,本文首次将MoS_2基薄膜放置在位于位于中国南海海域、西沙群岛东部永兴岛上的南海海洋大气试验基地,进行为期长达6个月的暴晒实验,并研究了MoS_2纳米多层复合薄膜与纯MoS_2薄膜在经历了苛刻的南海海洋大气环境条件下长期存储后薄膜成分、摩擦学性能的衍化行为。结果表明,与纯MoS_2薄膜相比,MoS_2/Pb-Ti纳米多层薄膜由于Pb/Ti金属元素的掺入和纳米多层结构的构建而具有更好的抗湿热氧化性能,其成分发生氧化的程度较低,摩擦学性能几乎未受到南海储存环境的影响,依然表现出较低的摩擦系数和磨损率;借助多种分析手段发现其抗氧化性能和摩擦学性能的大幅提高来源于薄膜中大量的异质界面对其晶面结构、薄膜致密性的改善及机械性能的增加,以及Pb/Ti金属复合相对MoS_2氧化的抑制作用。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2
【图文】：

兰州交通大学硕士学位论文同时也明显了降低摩擦界面之间的摩擦阻力及磨损量。在实际的摩擦实验中，在S2薄膜与摩擦配副经过一段时间的磨合，达到稳定的状态后，会形成一层较为稳定移膜，位于薄膜与摩擦配副间的摩擦界面，该转移膜一般附着在摩擦配副上，且主分为 MoS2，这就使得 MoS2薄膜与摩擦副两种材料之间的直接接触摩擦转化为S2薄膜与 MoS2转移膜之间或转移膜内部 MoS2层间的摩擦，从而有效地降低摩擦系磨损率。

体润滑薄膜的制备与测试表征介绍通过非平衡磁控溅射沉积系统制备 MoS2基固体润滑薄膜的用 XRD,SEM,EDS,XPS,TEM,FIB，原子力显微镜，电化学工擦试验机，三维轮廓仪等对薄膜的微观形貌、晶体结构、电化学测试和分析。备MoS2基固体润滑薄膜的制备采用的是米巴精密零部件有限公司g CF-800 气相沉积系统，其技术特点如下：闭合非平衡磁控溅、镀膜空间：φ900mm×800mm、沉积温度：140-400℃、装炉质量：h；该设备外部照片如图 2.1 所示，该气相沉积系统包含四个 Mo个 Pb 靶（采用的所有靶材的纯度不低于 99.9%）。

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本文编号：2716026