射频磁控溅射法MoS2薄膜制备研究

论文摘要

磁控溅射法制备MoS2薄膜具有沉积速率高、成膜质量好等特点,尤其是成膜温度低,不影响基材的性能,所以很适用于金属表面改性。本文主要研究钢基上用射频磁控溅射法制备MoS2薄膜,同时研究了钢基上MoS2/SiC双层薄膜的制备及其性能。本文采用MoS2、SiC为靶材,在以GCr15为主的基材上制备了MoS2单膜与MoS2/SiC双层薄膜,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、摩擦磨损以及划痕试验仪等手段系统研究了溅射工艺参数对薄膜形貌、结构和性能的影响。研究结果表明:采用射频磁控溅射法,在功率为200W、工作气压为3Pa、时间为2h的条件下获得的MoS2薄膜性能最佳。表面形貌分析显示,MoS2薄膜形貌与沉积过程中沉积原子从衬底表面获得的扩散能量有关;足够的扩散能量下薄膜按层状模式生长,扩散能量不足时薄膜按层岛复合模式生长。MoS2薄膜表层XRD分析表明,退火对MoS2薄膜的结构影响不大,薄膜沉积时衬底加热对MoS2薄膜的结构影响明显,尤其是衬底加热500℃时MoS2薄膜结构变化显著。摩擦磨损试验结果显示,无论是单层MoS2薄膜还是双层MoS2/SiC薄膜都具有优良的减摩性能。基材摩擦系数约为0.9,沉积MoS2薄膜后摩擦系数骤减至0.11左右。结合力测试结果显示,双层膜的结合力约为21N。通过在MoS2膜层与SiC膜层间添加Ti中间层、SiC膜层与基体间添加Ni-P中间层,MoS2/SiC双层膜的结合力有了提高,约为26N。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 表面耐磨减摩涂层
• 1.1.1 薄膜涂层材料
• 1.1.2 薄膜摩擦学机理
• 2薄膜的研究进展'>1.2 MoS₂薄膜的研究进展
• 2的结构及性质'>1.2.1 MoS₂的结构及性质
• 2薄膜的制备方法'>1.2.2 MoS₂薄膜的制备方法
• 2薄膜的研究进展'>1.2.3 MoS₂薄膜的研究进展
• 1.3 本课题的研究目的、意义及内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验设备及材料
• 2.1.1 磁控溅射原理
• 2.1.2 多功能磁控溅射设备
• 2.1.3 实验过程及实验材料
• 2.2 薄膜的表征
• 2.2.1 薄膜表面形貌分析
• 2.2.2 薄膜结构及组分的表征
• 2.2.3 薄膜厚度的测量
• 2.2.4 摩擦学性能测试
• 2.2.5 薄膜结合力测试
• 2薄膜的制备'>第三章 MoS₂薄膜的制备
• 3.1 基片的选取
• 3.2 靶材的制备
• 3.3 薄膜制备工艺参数
• 3.4 薄膜的退火处理
• 2薄膜形貌及生长特性'>第四章 MoS₂薄膜形貌及生长特性
• 4.1 薄膜的生长模式
• 2薄膜的形貌分析'>4.2 MoS₂薄膜的形貌分析
• 2薄膜表面形貌的影响'>4.2.1 溅射功率对MoS₂薄膜表面形貌的影响
• 2薄膜表面形貌的影响'>4.2.2 工作气压对MoS₂薄膜表面形貌的影响
• 2薄膜表面形貌的影响'>4.2.3 沉积时间对MoS₂薄膜表面形貌的影响
• 2薄膜表面的三维形貌'>4.2.4 MoS₂薄膜表面的三维形貌
• 2薄膜厚度及截面形貌分析'>4.2.5 MoS₂薄膜厚度及截面形貌分析
• 4.3 薄膜生长的热力学与动力学简析
• 2薄膜的成分及结构分析'>第五章 MoS₂薄膜的成分及结构分析
• 5.1 薄膜的成分检测
• 5.2 薄膜的结构分析
• 2薄膜的力学性能'>第六章 MoS₂薄膜的力学性能
• 2薄膜的摩擦学性能检测'>6.1 MoS₂薄膜的摩擦学性能检测
• 6.1.1 薄膜的摩擦磨损试验
• 6.1.2 摩擦磨损与薄膜结构的关系
• 6.1.3 薄膜的摩擦磨损机理
• 2薄膜的结合力检测'>6.2 MoS₂薄膜的结合力检测
• 6.2.1 划痕试验结果分析
• 6.2.2 薄膜的附着机理
• 2/SiC双层薄膜的制备研究'>第七章 MoS₂/SiC双层薄膜的制备研究
• 7.1 前言
• 2/SiC双层薄膜的制备'>7.2 MoS₂/SiC双层薄膜的制备
• 7.2.1 膜层设计
• 2/SiC双层薄膜的制备工艺参数'>7.2.2 MoS₂/SiC双层薄膜的制备工艺参数
• 2/SiC双层薄膜的表征、测试及分析'>7.3 MoS₂/SiC双层薄膜的表征、测试及分析
• 7.3.1 双层薄膜的表面形貌
• 7.3.2 双层薄膜的侧面形貌及成分
• 7.3.3 双层薄膜的摩擦磨损试验
• 7.3.4 双层薄膜的结合力测试
• 2/SiC双层薄膜结合力的影响'>7.4 中间层对MoS₂/SiC双层薄膜结合力的影响
• 7.4.1 中间层的作用
• 7.4.2 中间层的选择原则
• 7.4.3 中间层的制备
• 7.4.4 划痕试验结果分析
• 第八章 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文