第四节（三）二硫化钼-（MoS2）气相沉积文章来源：开拓者钼业公司网址：三、二硫化钼-（MoS2）气相沉积 在延展性较好的基体材料二硫化钼-（MoS2）(如 钢，A1 和 Ti 等)表面镀覆硬质耐磨镀层时，气相沉积是较为理想的制备方法用该法制备的镀层不容易产生脆性断裂，结合强度高，可应用于高负荷的磨损场合气相沉积一般可分为化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD）两大类，而溅射和离子镀则是两种常用的 PVD 1. 二硫化钼-（MoS2）离子镀 二硫化钼-（MoS2）离子镀是物质以原子态沉积成膜的制备方法，可以获得性能优异的减摩耐磨和抗接触疲劳或 3者兼有的镀层例如，在高速钢表面二硫化钼-（MoS2）离子镀1、iN，不同镀层厚度所嵌示的显微硬度和结合力见表 2-69 在工具钢 (YT4)表面离子镀，TiN，二硫化钼-（MoS2）镀层厚度不同所呈现的摩擦系数也不同表2-70是TiN-YT14镀层体系和TiN-TiC (厚3μm）-YTl4两层镀体系中TiN镀层厚度不同时的摩擦系数(试验方法同多层镀的试验) 利用离子镀中最常用的热蒸发空心阴极离子镀(HCI)法)和活性反应离子镀(ARH法)可在二硫化钼-（MoS2）材料表面镀覆一层金属、合金、化合物等硬质耐磨镀层。
就ARt：法可获得的耐磨镀层有：Al2O3、BN、，TiC、TiN、TiC-TiN, TiO2, TiC-Ni, Ti C-Au, ZrC, ZrO2,VC; NbC, TaC,MO2C、Cr2N、Cr7C3等几种化合物镀层的硬度值见表 2-71 如果在栓(440C不锈钢)和盘（304不锈钢、Ti、AL)表面用 ARE法镀覆各种不同的镀层进行摩擦学试验，其测定的摩擦系数和磨损量见表2-720 试验条件为：负荷4N，静态试验的滑动速度(1.2~1.5)xl0 -2m/s，动态试验的滑动速度0.1—0.l5m/s摩擦距离500m表中μs为静摩擦系数，K为动摩擦系数，μL为油润滑条件下的摩擦系数 如果在刀具材料二硫化钼-（MoS2）(YTl4)表面镀覆不同的镀层，将会降低切削应力，见表 2-730 刀片为 4Kl6A型，yo =8αo=8Kr = 45As =-4rs= 0.8mrr, 切削机床为 C 620-1 型，转速 l00r/min，，切削用量：切深2r)im，进给量0.3mm/r由表可见，镀层刀具比无镀层的 YTl4 的切削应力均小TiN 镀层优于硬膜镀层TiN-TiC-YTl4与TiN-YTl4相比较，相当于硬膜表面再镀软膜，因而切削应力下降 3%—4 %。
TiN-.riC-YT14 与TiN-Y.T14 相比较，相当于插入硬膜法，但由于TiC膜厚：未达临界，厚度，故两者切削应力相差不多 又如，二硫化钼-（MoS2）在高速钢齿轮滚刀表面镀覆不同厚度的 TiN 镀层 (沉积时问长则镀层1享)，在Y3108H 型滚齿机上进行切削寿命对比试验采用以下切削条件：切削速度 35m/min，进给量 0，63mm/r，切削深度6.75mm，逆铣试验结果见图 2-119如果以滚刀后刀面的最大磨损量达 0.2mm 时为刀具的使用寿命(需要重新刃磨)，由图 2~ll9 可见，TiN镀层滚刀的使用寿命比末镀的滚刀高两倍左右采用二硫化钼-（MoS2）离子镀能有效地在钢铁表面沉积与基材牢固结合的 Cu-Pb合金镀层例如，用 HCD法在45钢表面可以获得厚约 511m 的 Cu-Pb合金镀层为了探索Cu-Pb合金的组分对镀层性能的影响，采用了 5种不同的组成分各种二硫化钼-（MoS2）镀层的组成和显微硬度见表2-74可以看出，二硫化钼-（MoS2）镀层的需求与原料配比略有不同二硫化钼-（MoS2）镀层的硬度随着Pb 含量的增加而减小住/IM-200 型试验机上进行摩擦学性能测定。
对偶为HT20—40灰铸铁转速200r/min，负荷在测定摩擦系数时为 20N，在考核咬合性能时为 50N干摩擦条件其结果见表 2-75由表可见，Cu-Pb合金镀层明显降低了摩擦系数；随着Pb含量的增加，摩擦系数下降得愈显著，抗咬合性能愈佳；但耐磨：寿命以Cu：Pb = 50：50 的组成为最佳因而在千摩擦条件下，采用离子镀Cu-Pb 合金是降低摩擦系数，提高抗粘着能力和耐磨性能的常用方法之一 2.二硫化钼-（MoS2） 溅射 二硫化钼-（MoS2）溅射是在真空中借助于电场作用下的离能等离子体将物体直接镀覆于基材表面的成膜方法所获镀层纯度高、结合牢固、致密，且膜厚可控制，摩擦学性能好至今，研究得多的是溅射 MoS2 或将MoS2与金属共溅射在二硫化钼-（MoS2）基材9Crl8、lCrl8Ni9Ti、GCrl5等钢材表面溅射MoS2可以获得厚为 1μm以下的镀层当膜厚小于0.311m时，外观呈灰色；膜厚大于0.6m时呈烟黑色；膜厚在0.3—0.6m之间，其外观兼呈灰色和烟黑色如果用脱脂棉单方向轻轻地揩撩表面，烟黑色会变成带有金属光泽的灰色，而灰色膜的颜色变化不明显如果溅射参数选择不当，就会得到高度反光的灰色膜或带有彩色条纹的膜。
试验表明，烟黑色、灰色和兼有烟黑及灰色的膜均有良好的润滑性能和一定的耐磨寿命，而高度反光的灰色膜和带有彩色条纹的膜润滑效果极差见图 2-120试验在高温 3号试验机上进行对偶为 45#钢空气中干摩擦条件转速 l20r/min，负荷 9.8N)试验所用的基材为 lCrl8Ni9Ti，膜厚0.571μm为了对比，也对未镀基材进行了同样条件的试验可以看出，未镀基材在试验一开始，摩擦系数便迅速增大而 MoSz 二硫化钼-（MoS2）溅射膜在空气中的摩擦系数为 0.2左右，且耐磨寿命超过7x:10 3周 图 2~l2l是MoS2二硫化钼-（MoS2）溅射膜在真空试验机上测试的结果它表明，在.其度 666.6 x 10-6Pa，转速 250r/min 和负荷30N 的条件下，其摩擦系数仅为 0.1左右，耐磨寿命超过3.5x 104周说明 MoS2二硫化钼-（MoS2）溅射膜更适宜作真空润滑剂 对MoS2二硫化钼-（MoS2）溅射膜结构的研究结果认为，膜的结构与溅射时基材的温度有关在7℃：以下时，它是连续的“无定型”聚集态结构这种膜没有润滑性，7℃以上，溅射膜是“结晶型”结构，其晶体粒度随着温度上升而增大。
湿度从25℃上升到 320℃，其粒度从50A增大到 110人这种膜具有良好的润滑性能.，据 X-光衍射仪分析认为MoS2溅射膜是一种类似于液态玻璃的非晶态结构这种特殊结构的膜是一种良好的润滑荆搪电子探针显微分析和 X-光光电子能谱分析，测得MoS2二硫化钼-（MoS2）溅射膜的 S/Mo 比例在1.6—1.8之间，故化学计量在MoSl.6—MoSl.8 单之间可以得到满意的润滑性能 为了改善MoS2二硫化钼-（MoS2）溅射膜的性能，可以采取 二硫化钼-（MoS2）MoS2-金属共溅射的力法制备复合膜共溅射膜更致密，具有与基材结合强度高、摩擦系数稳定、耐磨寿命长和磨屑少等优点 图 2-122是二硫化钼-（MoS2） MoS2-Au 和二硫化钼-（MoS2）MoS2~Ni共溅射膜与 MoS2溅射膜摩擦性能的比较试验是在栓-盘式试验机上进行的负荷5N，滑动速度 0.lm/s，大气中干摩擦条件可以看出，两种共溅射膜的摩擦学性能都比 二硫化钼-（MoS2）MoS2 溅射膜的好而且，二硫化钼-（MoS2）MoS2与其他金属共溅射时也有相似的特征研究在lCrl8Ni9Ti基材上共溅射二硫化钼-（MoS2）MoS2-Au膜与 lCrl8Ni9Ti对摩发现，随着溅射膜厚度的增加，其耐磨寿命也增大。
见表2-76表中的耐磨寿命定义为摩擦系数达到0.3时所实现的摩擦次数 (千周)0 在对摩过程中，负荷越大，溅射膜越容易从基材上剥落；当负荷达到临界负荷时，膜就破裂nli从基材上剥落，在0，4—2.5111n 的膜厚范围内，二硫化钼-（MoS2）MoS2-Au 共溅射膜的临界负荷随着膜厚的增加而增大说明 二硫化钼-（MoS2）MoS2-Au共溅射膜与基材的结合强度随着膜 1享的增加而增大而 lvIoS2 溅射膜的厚度有一个临界值(0.211m)，一旦超过该值，膜的耐磨寿命不再随厚度的增加而延长 在，ISI452 淬火铜 (HRc 58~61)表面共溅射二硫化钼-（MoS2）MoS2LNi 与 4130 淬火钢 (HRc 60)的对摩试验在Timkcn试验机上进行在不同负荷和不同滑动速度条件下所得到的镀层厚度与耐磨寿命的关系曲线见图 2-123一 图 2-125其中，失效点定为动摩擦系数升到超过稳定态值的20 0's的点镀层的耐磨寿命是以轴每转-.周受两次力来记录的由图可见，两种溅射膜的耐磨寿命随着负荷和速度的增加而降低二硫化钼-（MoS2）MoS2 溅射膜超过临界厚度后，其耐磨寿命不随膜厚而增加，但临界厚度的特定值依赖于负荷和速度的大小。
二硫化钼-（MoS2）MoS2-Ni共溅射膜的耐磨寿命几乎随膜厚的增加呈线性地增加而且，共溅射膜的耐磨寿命受负荷的影响不像溅射膜那样强烈：对比图 2-123 和图 2-125，在膜厚为 0.74m 时，负荷由l87N增至703N (增加276%)，二硫化钼-（MoS2）MoS2-Ni 共溅射膜的耐磨寿命下降50%，而二硫化钼-（MoS2）MoS2溅射膜的耐磨寿命几乎损失了93 % 3. 二硫化钼-（MoS2）化学气相沉积 (CVD) CVD技术已在工业领域中得到了应用如用 CVD法在硬质合金球和不锈钢套圈表面形成TiC镀层所组装的球轴承，以 24000r//min的速度运转 25000h后性能依然良好，而普通不锈钢球轴承在同样转速下运转 3000h后就有磨痕CVD TiC和TiN是应用广泛的两种单层镀层，TiC镀层的硬度比TiN镀层的高，具有更好的耐磨性能TiN镀层的化学稳定性较好，在较高的温度下具有更好的耐蕨；性能因而在单镀层的基础上又发展了 CVD法制备的 TiC-TiN多(七)层镀层其镀层厚度和沉积时间见表 2-77 TiC和TiN单镀层以及TiC-TiN多层镀层的厚度、性能及其蒸材的性能见表 2-78。
在自制的MT-1型真空摩擦试验机上进行摩擦芊性能测定见表2-79上试样 (球)固定，下试样 (盘)转动试验条件为；负荷5N，滑动速度0.5m's先跑合30min试验时间为 30mino 试验在于摩擦和油润滑(SP8801-100空间润滑油滴油润滑)条件下分别进行 由表 2-79可见，3种镀层与45钢对摩，其摩擦系数和磨损率部是真空中的低于大气中的，说明在钢材表面用CVD法获得的镀层更适于真空条件下工作无论在于摩擦或油润滑条件下，二硫化钼-（MoS2）多层镀的摩擦系数和磨损率均低于二硫化钼-（MoS2）单层镀的，说明二硫化钼-（MoS2）多层镀层的摩擦学性能优于二硫化钼-（MoS2）单镀层 为了研究αVD镀层与Pb基润滑二硫化钼-（MoS2）镀层的摩擦性能，重新设计了配副二硫化钼-（MoS2）材料见表2-80 在与表 2-79同样的条件下进行摩擦学性能测定其结果，见表 2-81由表2-81 可见，真空中的摩擦系数均比大气中的小，二硫化钼-（MoS2）镀层球的摩擦系数均比钢球的小，Pb-Sn-Cu刷镀盘的摩擦系数均比单纯Pb刷镀的小，二硫。