含钛MoS2合金减摩镀层摩擦学性能研究

　　应用闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀技术, 制备了不同Ti 含量的MoS2 合金减摩镀层, 研究了添加元素Ti 含量对镀层厚度、硬度、摩擦系数等的影响规律。结果表明MoS2 合金减摩镀层的厚度与添加元素Ti 溅射靶的输入功率无关, 其硬度随Ti 含量增加而提高。不同Ti 含量的镀层摩擦系数呈现出不同的变化规律。Ballondisc 球盘摩擦磨损试验结果显示高载荷时可能因产生转移膜而使摩擦系数呈减小趋势。

　　传统的镀层技术以提高硬度为主要性能指标,如TiN,TiC 等硬镀层, 最近又发展了纳米多层和纳米复合结构超硬镀层。虽然提高膜层硬度可以提高耐磨性, 但从摩擦学的角度讲, 并不是硬度越高越好, 过高的硬度在一定程度上使得其韧性下降; 同时高硬度膜层存在内应力大、膜基结合强度下降的缺点, 这严重影响了高硬度膜层的应用。因此理想的表面抗磨镀层应该既有高硬度, 又具低的摩擦系数,通过减摩抗磨途径提高镀层工件的摩擦学性能。

　　固体润滑材料中最为典型的是MoS2, 1969 年T.Spalvin开始进行MoS2 溅射镀膜技术的研究, 在航天工业中获得了应用。但是在大气环境中MoS2 易吸湿潮解, 且纯MoS2 薄膜沉积容易呈柱状晶生长,膜层松脆, 与基体结合强度低, 虽然降低了摩擦系数, 但不能提高耐磨性, 在潮湿的大气环境中不能应用。如何在获得低摩擦系数的同时, 提高膜层强度和膜基结合强度, 尤其是提高在实际应用环境中的耐磨性, 是减摩镀层应用的关键。近年文献就该问题开展不少研究, 并取得了一定进展。但有关金属元素添加后的MoS2 复合薄膜的微观结构、摩擦学特征及减摩机理尚需进一步研究探讨。本文应用闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀技术, 在钢基体上沉积制备MoS2/Ti 合金自润滑复合镀层, 研究了基体表面形貌、镀层成分对自润滑镀层摩擦学性能的影响, 提出了制备工艺优化措施, 为高性能MoS2/Ti合金自润滑复合镀层开发提供了理论基础。

3、结论

　　(1)MoS2 镀层中Ti 元素含量对厚度影响不大, 硬度随着Ti 元素含量增加而提高, 但提高趋势减缓。

　　(2) 基体表面粗糙度高的镀层试样对磨WC 球时, 摩擦系数值在初始阶段较高, 然后降低并稳定在一个数值, 最后阶段逐渐升高, 而表面较光滑的试样进入稳定摩擦阶段时间缩短。

　　(3)Ti 含量适当时镀层摩擦系数可降低, 高载荷时因产生转移膜可使摩擦系数减小。