磁控溅射NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构与性能研究

作者：卢金德; 韦春贝^*; 林松盛; 张佳平; 李浩宇; 李助军; 刘怡飞; 代明江^*; 李风; 刘敏

来源：表面技术, 2021, 50(05): 198-207.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.022

• 磁控溅射
• NiCrAlY/MoS2复合薄膜
• 摩擦学性能
• 高温氧化

目的通过离子源复合磁控溅射技术,制备宽温域耐磨减摩性能良好的NiCrAlY/MoS2复合薄膜。方法采用离子源复合磁控溅射技术制备了NiCrAlY/MoS2复合薄膜,研究不同MoS2掺杂量对薄膜结构、力学性能和不同温度氧化热处理后摩擦学性能的影响。采用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜元素含量、组织结构和相结构进行分析。通过显微硬度计、洛氏硬度计、球-盘式摩擦磨损试验机、3D轮廓仪及高温氧化试验,对复合薄膜硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗氧化性能进行分析。结果 NiCrAlY及Ni CrAlY/MoS2复合薄膜以柱状晶结构生长,物相结构主要由Ni3Al、Ni-Cr和MoS2组成。随着MoS2含量的增加,薄膜柱状晶尺寸增加,致密度下降,薄膜硬度从503HV逐渐降到336HV。复合膜具有良好的膜/基结合力,结合力达到HF1级水平。掺杂MoS2可以明显提高复合薄膜的摩擦学性能,当MoS2掺杂量达到48.1%～69.8%时,NiCrAlY/MoS2复合薄膜在室温下具有良好的耐磨减摩性能,其摩擦因数降低至0.038～0.09,磨损率比NiCrAlY薄膜降低1个数量级以上,达到2.14×10–6 mm3/(N·m)。对NiCrAlY和NiCrAlY-48.1%MoS2复合薄膜进行400℃和500℃高温氧化试验,复合薄膜氧化形成NiO、Al2O3、MoO3相,经过氧化后复合薄膜仍具有良好的耐磨性能,400℃氧化后复合薄膜磨损率降至1.41×10–6 mm3/(N·m)。结论 MoS2掺杂量对NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构和性能有重要影响,当MoS2原子数分数为48.1%时,复合薄膜在常温以及高温氧化后均具有良好的耐磨减摩性能。

• 单位
  广东工业大学; 广东省科学院; 机电工程学院; 广东省现代表面工程技术重点实验室; 广州铁路职业技术学院; 沈阳黎明航空发动机有限责任公司