清华大学学报(自然科学版)

作者：苏峰华, 滑利强, 周杰, 孙建芳, 林松盛

单位：1. 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510640,2. 广东省科学院新材料研究所, 广州 510651

关键词：二硫化钼薄膜,碳掺杂,摩擦学,力学性能,真空,高温

基金：国家自然科学基金面上项目(52175168),广东省基础与应用基础研究基金项目(2023A1515240006),广东省基础与应用基础研究基金项目(2024A1515010452)

二硫化钼(MoS2)薄膜是一种性能优异的润滑材料, 但在高温条件下容易氧化成MoO3, 极大降低润滑性能。为提高MoS2薄膜的力学性能和高温摩擦学性能, 该文采用直流磁控和高功率脉冲复合溅射技术制备了掺杂非晶碳的MoS2-C复合薄膜, 并研究了非晶碳掺杂及含量对MoS2薄膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明：MoS2-C复合薄膜表现出(002)晶面的择优取向, 非晶碳的掺入使其具有致密的结构, 同时呈现较低的表面粗糙度。掺杂合适含量非晶碳的MoS2-C复合薄膜纳米硬度和弹性模量分别达到5.50和82.53 GPa; 膜基结合力达到8.30 N, 约为纯MoS2薄膜的3.6倍。MoS2及MoS2-C复合薄膜在室温下的摩擦学性能表现不佳, 这主要是由于空气水分子对摩擦界面MoS2层间的侵入和氧化。MoS2-C复合薄膜在真空环境下的摩擦学性能得到提升, 主要是由于隔绝了氧气的侵蚀。100~300 ℃高温条件下, MoS2-C复合薄膜摩擦系数低于纯MoS2薄膜。特别在300 ℃下, 纯MoS2薄膜迅速发生失效, MoS2-C复合薄膜仍具有较低的摩擦系数和较长的磨损寿命, 这主要是由于碳的掺入有效抑制了MoS2在高温环境下的氧化, 从而提升了薄膜在高温环境下的耐磨性和承载能力。

来源：2025年第2期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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