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二硫化钼复合固体润滑薄膜研究

作　者: 姚固文
导　师: 李长生
学　校: 江苏大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 超固体润滑 ECR射频磁控溅射 MoS2复合薄膜 摩擦磨损 高速重载 热处理 中间层
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


随着纳米摩擦学和MEMS以及航天航空工业研究的深入进行，超固体润滑的研究近年来得到了广泛的重视。所谓超固体润滑技术指的是在干接触条件下，使摩擦系数达到10-2甚至10-3数量级的特殊的超低摩擦系数的固体润滑技术。MoS2作为一种优良的固体润滑材料，在超固体润滑领域具有很高的应用价值，特别是在减小微机械、电子系统以及航天航空工业中的摩擦磨损，提高其性能和寿命方面，基于MoS2的超固体润滑技术具有很强的应用空间。本文使用ECR射频磁控溅射的方法制备了MoS2／Ni复合固体润滑薄膜，并对其制备工艺进行了初步研究，以及对这种复合固体润滑薄膜的摩擦学特性进行初步探索。目的是为了使Ni／MoS2复合固体润滑薄膜得到更低的摩擦系数，使其到达超固体润滑的要求，以及提高其综合的摩擦性能。制备MoS2复合固体润滑薄膜的工艺参数为：功率160w，靶基距60mm，Ar2压强0.5Pa。同时还对膜层进行了EDS和XRD分析，分析结果确定了其主要成分为MoS2，以及其主要晶面为（0002）晶面。并在球盘摩擦实验机上，在变载荷，变转速，变湿度的条件下，对MoS2／Ni复合膜进行了摩擦磨损实验，实验结果表明MoS2／Ni复合膜能大大降低不锈钢等基底表面的摩擦系数，并且在高速重载的环境下（载荷大于3N，转速大于300r／min）有更低的摩擦系数和更高的摩擦稳定性。对复合膜通过热处理后，将薄膜使用扫描电子显微镜（SEM）对薄膜的表面特性进行了分析，观察到热处理后薄膜的结晶度大大提高，而且复合膜的摩擦性能也有一定的提高。对复合膜通过添加中间层技术后，对于软基体上的薄膜的摩擦系数有了较大的提高，使其性能更为优越。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 前言  9-25
  1.1 引言  9
  1.2 固体润滑技术及超固体润滑技术研究概况  9-10
  1.3 固体润滑薄膜的润滑机理  10-11
  1.4 MoS_2固体润滑薄膜的特性与研究进展简介  11-18
    1.4.1 MoS_2的结构和特性  11-14
    1.4.2 MoS_2固体润滑薄膜的制备方法  14-18
  1.5 MoS_2固体润滑的应用  18-20
  1.6 复合膜技术和膜的后处理技术的应用  20-24
    1.6.1 复合膜技术的作用  20-23
    1.6.2 多层膜技术  23
    1.6.3 中间层  23
    1.6.4 膜的后处理技术  23-24
  1.7 本文的实验研究内容  24-25
第二章 实验部分  25-42
  2.1 微波ECR射频磁控溅射镀膜  25-38
    2.1.1 磁控溅射原理  25-27
    2.1.2 微波ECR等离子源的原理和特点  27-28
    2.1.3 实验设备  28-31
    2.1.4 溅射靶材的制备  31-36
    2.1.5 基片处理  36-37
    2.1.6 工艺流程  37-38
  2.2 薄膜成分分析和表面形貌观测  38
    2.2.1 EDS分析  38
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)分析  38
  2.3 薄膜结构分析  38
  2.4 薄膜摩擦学性能分析  38-40
    2.4.1 薄膜摩擦系数分析  38-39
    2.4.2 薄膜与基片结合力分析  39-40
  2.5 薄膜的热处理  40-41
  2.6 薄膜的浸泡实验  41-42
第三章 结果与讨论  42-57
  3.1 薄膜的制备工艺研究  42-44
    3.1.1 沉积MoS_2/Ni复合膜的工艺参数  42-44
    3.1.2 沉积TiN和MoS_2/Ni的复合双层膜参数  44
  3.2 薄膜成分分析  44-46
    3.2.1 EDS分析  44-45
    3.2.2 XRD分析  45-46
  3.3 薄膜与基片结合力分析  46-47
  3.4 薄膜摩擦系数分析  47-50
    3.4.1 薄膜在变载荷下摩擦系数分析  48-49
    3.4.2 薄膜在变转速下摩擦系数分析  49-50
  3.5 纯MoS_2膜和MoS_2/Ni复合膜的划痕分析  50-52
  3.6 纯MoS_2膜和MoS_2/Ni复合膜的浸泡实验结果分析  52-53
  3.7 热处理对薄膜的影响  53-54
  3.8 在软基体和硬基体上的摩擦性能分析  54-55
  3.9 使用中间层后再沉积MoS_2/Ni复合膜的摩擦性能分析  55-56
  3.10 结论  56-57
参考文献  57-63
致谢  63-64
在读学位期间发表的论文  64

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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