CN102094172A - 一种TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法，采用Ti靶、W靶和MoS2靶为原料，在氮气和/或氩气保护下，通过磁控溅射法在经表面抛光以及清洗处理过的基材上依次溅射得到TiWN薄膜和MoS2薄膜，从而得到TiWN/MoS2复合薄膜，其中，TiWN薄膜为硬膜，MoS2薄膜为对硬膜起保护作用的软膜，所述复合膜具有良好的耐磨减摩性能，可以作为机械零件的保护涂层，起到提高机械性能和延长使用寿命的作用，且生产条件要求低、工艺简单、成本低廉、产率高，适合大规模工业化生产。

Description

一种TiWN/MoS<sub>2</sub>复合薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合薄膜的制备方法，更具体地，是一种TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法。
背景技术
硬质薄膜广泛的应用于控制摩擦磨损，为了进一步提高薄膜的性能提出过许多方法，如多种成分复合、多层膜以及超晶格。大多数研究集中于怎样提高薄膜本身的机械强度，而忽视其对于摩擦行为的负作用。
将W加入到TiN中形成的TiWN薄膜提高膜的硬度，并且具有优良的抗氧化性能与耐腐蚀性能，但TiWN薄膜本身非常脆，并有较高的摩擦系数，磨损过程中导致薄膜不能到达预期的使用寿命。
发明内容
本发明目的在于提供一种耐磨减摩的TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法，具有工艺简单、参数易控制、生产成本低等特点。
本发明是通过如下技术手段实现的：针对MoS2薄膜具有润滑作用的特点，通过在硬质的TiWN薄膜上溅射MoS2软薄膜，从而可以保持硬质薄膜的耐磨性，并且能够降低摩擦系数，保护互摩的表面，同时可以减少接触面积和剪切强度，且不会大量降低压力和减少拉应力，有效提高了硬质薄膜的摩擦学性能，在耐磨薄膜中非常有应用前景。
本发明的制备TiWN/MoS2复合薄膜的方法，包括以下步骤：
(1)预处理：选取基材，并对基材进行表面抛光以及清洗处理；
(2)制备TiWN薄膜：在氮气和氩气氛围中，采用Ti靶和W靶通过磁控溅射法在上述基材表面溅射TiWN薄膜；
(3)制备MoS2薄膜：在氩气氛围中，采用MoS2靶通过磁控溅射法在上述TiWN薄膜上溅射MoS2薄膜，得到TiWN/MoS2复合薄膜。
选择性地，本发明的制备方法中制备TiWN薄膜时磁控溅射的功率为200～250瓦。
选择性地，本发明的制备方法中制备MoS2薄膜时磁控溅射的功率为150～200瓦。
优选地，本发明中的磁控溅射法采用射频溅射电源。
进一步优选地，本发明中溅射的时间为1～2小时。
利用本发明制备的TiWN/MoS2复合薄膜，包括硬质的TiWN薄膜以及对其起保护作用且具有润滑减摩作用的MoS2软薄膜，具有良好的耐磨减摩性能，可以作为机械零件的保护涂层，起到提高机械性能和延长使用寿命的作用，且生产条件要求低、工艺简单、成本低廉、产率高，适合大规模工业化生产，在机械制造业以及航空航天等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例所述的TiWN/MoS2复合薄膜的XRD谱图；
图2为本发明实施例所述的TiWN/MoS2复合薄膜的扫描电镜图；
图3为本发明实施例所述的TiWN/MoS2复合薄膜的摩擦系数与旋转次数的关系图；
具体实施方式
以下通过具体实施方式进一步描述本发明，由技术常识可知，本发明也可通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。
实施例1：
按照如下方法制备TiWN/MoS2复合薄膜：
(1)预处理：首先对Cr40钢表面进行抛光处理，然后依次用丙酮、酒精和去离子水清洗并干燥，得到基材；
(2)制备TiWN薄膜：在氮气和氩气的体积比为3∶1的混合保护气氛中，采用Ti靶和W靶通过磁控溅射法，以200W的功率在上述基材表面进行反应溅射，生成TiWN薄膜；
(3)制备MoS2薄膜：在氩气氛围中，采用MoS2靶通过磁控溅射法以150W的功率在上述TiWN薄膜上溅射MoS2薄膜，制备出TiWN/MoS2复合薄膜。
实施例2：
按照如下方法制备TiWN/MoS2复合薄膜：
(1)预处理：首先对Cr40钢表面进行抛光处理，然后依次用丙酮、酒精和去离子水清洗并干燥，得到基材；
(2)制备TiWN薄膜：在氮气和氩气的体积比为2∶1的混合保护气氛中，采用Ti靶和W靶通过磁控溅射法，以250W的功率在上述基材表面进行反应溅射，生成TiWN薄膜；
(3)制备MoS2薄膜：在氩气氛围中，采用MoS2靶通过磁控溅射法以150W的功率在上述TiWN薄膜上溅射MoS2薄膜，制备出TiWN/MoS2复合薄膜。
实践证明，本发明的TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法具有原料价廉易得、工艺简单且安全环保、适合大规模工业化生产的特点。
为了证明实施例中所得产物的成分以及结构等特性，首先对实施例中所得产品进行X射线衍射分析，结果如图1所示，由图可知，TiWN薄膜表面形成了结晶性良好的MoS2薄膜，在溅射中也有部分MoS2氧化形成的MoO3。
进一步地，对实施例中所得TiWN/MoS2复合薄膜进行扫描电镜(SEM)分析，结果分别如图2所示，由图可见，在TiWN薄膜表面形成结晶性良好的MoS2和部分MoO3颗粒，在摩擦过程中起到减摩的作用。
为了更进一步证明本发明实施例所得TiWN/MoS2复合薄膜在使用过程中的优良性能，对其摩擦系数和转速的关系进行了研究，具体研究方法如下：在球盘式UTM-2型摩擦实验机上对实施例中产品进行摩擦实验，实验环境为大气室温，载荷为500g，转速为200转/分，结果如图3所示，没有涂覆薄膜的样品摩擦系数很高，在0.9～1.0之间；而涂覆TiWN薄膜的样品摩擦系数大幅降低，大约在0.3～0.6之间变化，但摩擦系数的起伏较大，波动很明显；而涂覆TiWN/MoS2复合薄膜的样品，摩擦系数进一步降低，在0.1前后变化，而且摩擦系数起伏很小，摩擦学性能十分稳定，复合薄膜的减摩效果非常明显。
综上所述，利用本发明制备的TiWN/MoS2复合薄膜具有硬质TiWN层和软MoS2层，从而具有良好的润滑减摩效果，作为设备的保护层使用，可以提高设备的机械性能以及延长设备的使用寿命，且生产条件要求低、工艺简单、成本低廉、产率高，适合大规模工业化生产。

Claims (5)

1.一种TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：选取基材，并对基材进行表面抛光以及清洗处理；
(2)制备TiWN薄膜：在氮气和氩气氛围中，采用Ti靶和W靶通过磁控溅射法在上述基材表面溅射TiWN薄膜；
(3)制备MoS2薄膜：在氩气氛围中，采用MoS2靶通过磁控溅射法在上述TiWN薄膜上溅射MoS2薄膜，得到TiWN/MoS2复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备TiWN薄膜时磁控溅射的功率为200～250瓦。
3.根据权利要求1所述的TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备MoS2薄膜时磁控溅射的功率为150～200瓦。
4.根据权利要求1所述的TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射法采用射频溅射电源。
5.根据权利要求1所述的TiWN/MoS2复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述溅射的时间为1～2小时。
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