WS2与WS2-C复合薄膜的性能研究

作为一种重要的固体润滑材料，二硫化钨以其优异的摩擦学性能在航空航天、机械加工、新能源汽车、医疗、电子、数码等领域有着广泛的应用价值。但是，纯WS2薄膜的承载能力较低，且易在潮湿空气中吸潮氧化，进而严重缩短了自身的使用寿命。

现今，为提高纯WS2薄膜的承载能力及服役寿命，中南大学学者以WS2、石墨和纯钛为靶材，采用孪生靶中频磁控溅射、直流磁控溅射结合离子增强的方法，在单晶硅片及TC4合金（Ti6Al4V）基体表面制备了WS2和WS2-C复合薄膜。

通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、Raman光谱仪、金相显微镜（OM）、显微硬度仪、划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机对WS2和WS2-C复合薄膜的微观组织、物相结构、力学性能及摩擦磨损性能进行了研究。结果表明：

通过中频磁控溅射方法制备的WS2薄膜有不同程度的S元素损失现象，其S/W原子比与工作气压密切相关，受沉积温度的影响不太明显；WS2薄膜呈现明显的（002）晶面择优生长，随着沉积温度的升高，薄膜的（002）衍射峰逐渐减弱；纯WS2薄膜的显微硬度较低，膜/基结合强度较好；较低温度条件下制备的WS2薄膜具有较低的的摩擦系数，减摩效果良好，升高沉积温度，薄膜的摩擦系数有所提高。

共溅射WS2靶和石墨靶制备的WS2-C复合薄膜的结构致密，S/W原子比接近于同条件下的WS2薄膜；随着碳含量的增加，复合薄膜的WS2(（002）晶面衍射峰逐渐减弱；碳钨化合物的出现，使得薄膜的硬度有了一定程度的提高；添加碳元素，复合薄膜的膜/基结合强度有降低的趋势；随着碳含量的增加，复合薄膜的摩擦系数逐渐升高，这也就说明了其减摩效果不如纯WS2薄膜，但是其耐磨寿命有了很大程度的提高；纯WS2膜及低碳含量复合薄膜的摩擦系数随载荷的增加而有所降低，对于较高碳含量的复合薄膜，摩擦系数受载荷的影响不太明显，载荷变大时薄膜的摩擦过程基本上都逐渐趋于稳定。

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