WS2與WS2-C複合薄膜的性能研究

作為一種重要的固體潤滑材料，二硫化鎢以其優異的摩擦學性能在航空航太、機械加工、新能源汽車、醫療、電子、數碼等領域有著廣泛的應用價值。但是，純WS2薄膜的承載能力較低，且易在潮濕空氣中吸潮氧化，進而嚴重縮短了自身的使用壽命。

現今，為提高純WS2薄膜的承載能力及服役壽命，中南大學學者以WS2、石墨和純鈦為靶材，採用孿生靶中頻磁控濺射、直流磁控濺射結合離子增強的方法，在單晶矽片及TC4合金（Ti6Al4V）基體表面製備了WS2和WS2-C複合薄膜。

通過掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、X射線衍射儀（XRD）、Raman光譜儀、金相顯微鏡（OM）、顯微硬度儀、劃痕儀和球盤式摩擦磨損試驗機對WS2和WS2-C複合薄膜的微觀組織、物相結構、力學性能及摩擦磨損性能進行了研究。結果表明：

通過中頻磁控濺射方法製備的WS2薄膜有不同程度的S元素損失現象，其S/W原子比與工作氣壓密切相關，受沉積溫度的影響不太明顯；WS2薄膜呈現明顯的（002）晶面擇優生長，隨著沉積溫度的升高，薄膜的（002）衍射峰逐漸減弱；純WS2薄膜的顯微硬度較低，膜/基結合強度較好；較低溫度條件下製備的WS2薄膜具有較低的的摩擦係數，減摩效果良好，升高沉積溫度，薄膜的摩擦係數有所提高。

共濺射WS2靶和石墨靶製備的WS2-C複合薄膜的結構緻密，S/W原子比接近於同條件下的WS2薄膜；隨著碳含量的增加，複合薄膜的WS2(（002）晶面衍射峰逐漸減弱；碳鎢化合物的出現，使得薄膜的硬度有了一定程度的提高；添加碳元素，複合薄膜的膜/基結合強度有降低的趨勢；隨著碳含量的增加，複合薄膜的摩擦係數逐漸升高，這也就說明了其減摩效果不如純WS2薄膜，但是其耐磨壽命有了很大程度的提高；純WS2膜及低碳含量複合薄膜的摩擦係數隨載荷的增加而有所降低，對於較高碳含量的複合薄膜，摩擦係數受載荷的影響不太明顯，載荷變大時薄膜的摩擦過程基本上都逐漸趨於穩定。

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