【摘 要】
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过渡族金属硫化物（TMD）中,MoS2在高低温交变、高真空等环境下表现出优异的摩擦磨损性能,由此在航天摩擦学领域获得广泛应用。然而在大气环境下,空气中的氧和水汽严重影响薄膜润滑性能、缩短薄膜服役寿命。同时在航空领域中,有许多零部件需要在载流的工况下仍具有较好的润滑性与耐磨性,而较差的导电性能也限制了MoS2在载流摩擦领域作为润滑材料的应用。机械磨损和电气磨损在载流摩擦过程中起主导作用,载流子的存在
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过渡族金属硫化物（TMD）中,MoS2在高低温交变、高真空等环境下表现出优异的摩擦磨损性能,由此在航天摩擦学领域获得广泛应用。然而在大气环境下,空气中的氧和水汽严重影响薄膜润滑性能、缩短薄膜服役寿命。同时在航空领域中,有许多零部件需要在载流的工况下仍具有较好的润滑性与耐磨性,而较差的导电性能也限制了MoS2在载流摩擦领域作为润滑材料的应用。机械磨损和电气磨损在载流摩擦过程中起主导作用,载流子的存在也使得薄膜的摩擦学行为、磨损性能和润滑性能表现出较大差异。通过掺杂金属单质、金属氧化物等制备具有低摩擦系数和高耐磨损性能的MoS2/金属纳米复合薄膜润滑涂层,已是改性MoS2薄膜的重要研究方向之一。金属Cu和Ag具有良好的导电性和机械性能,因此金属Cu或Ag的掺杂可有效提高MoS2薄膜的导电性能同时提高其机械性能和抗氧化性能,同时改善其大气环境下的载流工况下的摩擦磨损性能。因此,本文采用非平衡闭合场磁控溅射技术分别制备出纯MoS2薄膜、低掺杂MoS2/Cu（1.0 at.%）纳米复合薄膜、高掺杂MoS2/Cu（7.9 at.%）纳米复合薄膜、低掺杂MoS2/Ag（3.6 at.%）纳米复合薄膜和高掺杂MoS2/Ag（8.0 at.%）纳米复合薄膜五种薄膜,研究MoS2/金属纳米复合薄膜在载流条件下的摩擦行为与失效机理,以期获得兼具良好自润滑性能和电学特性的MoS2/金属纳米复合薄膜,为MoS2薄膜在载流摩擦领域的应用提供理论支持。利用AFM、FESEM、XRD、XPS和TEM研究了薄膜的形貌,成份和结构,采用纳米压痕仪、CSM球盘摩擦磨损试验机进行力学及摩擦试验,用表面轮廓仪、Raman和SEM＆EDS对摩擦后的磨痕和转移膜进行了表征,结果表明:（1）高掺杂MoS2/Cu纳米复合薄膜的摩擦系数随着电流的增大呈现出先减小后增大的趋势,磨损率也表现出类似规律;而低掺杂MoS2/Cu纳米复合薄膜的摩擦系数受电流影响变化不大略有下降,而磨损率随电流的增加不断增加且当电流大于等于0.5 A时低掺杂MoS2/Cu纳米复合薄膜失效,高掺杂MoS2/Cu纳米复合薄膜在载流摩擦过程中表现出更稳定的摩擦学性能和更优异的耐磨损性能,这归因于高掺杂MoS2/Cu纳米复合薄膜较好的机械性能与薄膜内部平行于基底长程有序、均匀分布的MoS2（002）晶面。当电流为0 A时高掺杂MoS2/Cu纳米复合薄膜的摩擦系数低于纯MoS2薄膜,同时其磨损率约为纯MoS2薄膜的1/10。（2）在载流下两种MoS2/Ag纳米复合薄膜表现出相似的的摩擦性能,而低掺杂MoS2/Ag具有更佳的耐磨性能,这归因于低掺杂MoS2/Ag薄膜较好的机械性能。此外,当电流高于0.5 A时,MoS2/Ag薄膜的磨损表面由于电弧烧蚀出现薄膜剥落,主要失效类型为磨粒磨损、粘着磨损和电弧腐蚀磨损。（3）Cu或Ag的掺杂使得MoS2薄膜表面粗糙度增加,薄膜的机械性能明显得到提升。此外,相比于MoS2薄膜,MoS2/Cu薄膜和MoS2/Ag薄膜的抗氧化性显著增强,这对薄膜在大气环境中的摩擦学行为产生了很大的影响。
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