含鈦MoS2合金減摩鍍層摩擦學性能研究

　　應(yīng)用閉合磁場非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù), 制備了不同Ti 含量的MoS2 合金減摩鍍層, 研究了添加元素Ti 含量對鍍層厚度、硬度、摩擦系數(shù)等的影響規(guī)律。結(jié)果表明MoS2 合金減摩鍍層的厚度與添加元素Ti 濺射靶的輸入功率無關(guān), 其硬度隨Ti 含量增加而提高。不同Ti 含量的鍍層摩擦系數(shù)呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。Ballondisc 球盤摩擦磨損試驗結(jié)果顯示高載荷時可能因產(chǎn)生轉(zhuǎn)移膜而使摩擦系數(shù)呈減小趨勢。

　　傳統(tǒng)的鍍層技術(shù)以提高硬度為主要性能指標,如TiN,TiC 等硬鍍層, 最近又發(fā)展了納米多層和納米復合結(jié)構(gòu)超硬鍍層。雖然提高膜層硬度可以提高耐磨性, 但從摩擦學的角度講, 并不是硬度越高越好, 過高的硬度在一定程度上使得其韌性下降; 同時高硬度膜層存在內(nèi)應(yīng)力大、膜基結(jié)合強度下降的缺點, 這嚴重影響了高硬度膜層的應(yīng)用。因此理想的表面抗磨鍍層應(yīng)該既有高硬度, 又具低的摩擦系數(shù),通過減摩抗磨途徑提高鍍層工件的摩擦學性能。

　　固體潤滑材料中最為典型的是MoS2, 1969 年T.Spalvin開始進行MoS2 濺射鍍膜技術(shù)的研究, 在航天工業(yè)中獲得了應(yīng)用。但是在大氣環(huán)境中MoS2 易吸濕潮解, 且純MoS2 薄膜沉積容易呈柱狀晶生長,膜層松脆, 與基體結(jié)合強度低, 雖然降低了摩擦系數(shù), 但不能提高耐磨性, 在潮濕的大氣環(huán)境中不能應(yīng)用。如何在獲得低摩擦系數(shù)的同時, 提高膜層強度和膜基結(jié)合強度, 尤其是提高在實際應(yīng)用環(huán)境中的耐磨性, 是減摩鍍層應(yīng)用的關(guān)鍵。近年文獻就該問題開展不少研究, 并取得了一定進展。但有關(guān)金屬元素添加后的MoS2 復合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、摩擦學特征及減摩機理尚需進一步研究探討。本文應(yīng)用閉合磁場非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù), 在鋼基體上沉積制備MoS2/Ti 合金自潤滑復合鍍層, 研究了基體表面形貌、鍍層成分對自潤滑鍍層摩擦學性能的影響, 提出了制備工藝優(yōu)化措施, 為高性能MoS2/Ti合金自潤滑復合鍍層開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

3、結(jié)論

　　(1)MoS2 鍍層中Ti 元素含量對厚度影響不大, 硬度隨著Ti 元素含量增加而提高, 但提高趨勢減緩。

　　(2) 基體表面粗糙度高的鍍層試樣對磨WC 球時, 摩擦系數(shù)值在初始階段較高, 然后降低并穩(wěn)定在一個數(shù)值, 最后階段逐漸升高, 而表面較光滑的試樣進入穩(wěn)定摩擦階段時間縮短。

　　(3)Ti 含量適當時鍍層摩擦系數(shù)可降低, 高載荷時因產(chǎn)生轉(zhuǎn)移膜可使摩擦系數(shù)減小。