[发明专利]一种CrN/MoS2固体自润滑复合膜

说明书

一种CrN/MoS2固体自润滑复合膜，基于MoS2的超润滑性能，为进一步降低CrN基复合膜的抗干摩擦性能采用复合镀渗的方法，即采用低温离子渗硫处理CrMoN复合膜的新方法，原位合成摩擦学性能优异的CrN/MoS2固体自润滑复合膜。CrMoN复合膜经渗硫处理后，主要合成了MoS2润滑相，渗硫层厚度约为500nm，主要相结构为CrN与MoS2及少量MoN。与CrMoN复合膜相比，CrN/MoS2固体自润滑复合膜摩擦系数较低、磨损体积较小，具有较好的耐磨性和减摩性。

所属技术领域

本发明涉及一种固体薄膜材料，尤其涉及一种CrN/MoS2固体自润滑复合膜。

背景技术

固体润滑能够满足流体润滑无法满足的某些特殊工况，如高温、高负荷、超低温、超高真空、强氧化、强辐射等。固体润滑薄膜在摩擦时能在对偶材料表面形成转移膜，使摩擦发生在薄膜内部，从而减少摩擦，降低磨损。润滑膜一方面可防止对偶材料表面直接接触，另一方面可减小接触薄层的剪切强度，从而减小摩擦系数。

CrN基复合膜的研究发展，为进一步提高CrN薄膜的性能开辟了广阔的空间。在降低CrN薄膜的摩擦系数方面，主要集中在CrMoN复合膜的研究。研究发现，CrN薄膜中添加Mo元素，能够在摩擦表面形成MoO₃自润滑相，有利于薄膜摩擦系数的降低；但由于MoO₃相的润滑效果有限，致使CrMoN复合膜的摩擦系数降低有限。MoS2晶体是六方层状结构，各晶面间存在较弱的范氏力，易发生位移。此外，MoS2膜疏松多孔，储油能力强，可在摩擦表面形成连续且不易破坏的润滑油膜，有效阻碍金属间的直接接触。常见的MoS2薄膜的制备方法有等离子镀法、有机粘结法、溅射沉积法等。

发明内容

本发明的目的是为了改善不锈钢复合材料的耐磨性，设计了一种CrN/MoS2固体自润滑复合膜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

CrN/MoS2固体自润滑复合膜的制备原料包括：合成纳米MoS2使用的试剂：钼酸钠(A.R)（上海胶体化工厂）。盐酸羟胺(A.R)、硫脲(A.R)（天津市标准科技有限公司）。无水乙醇(A.R)（国药集团化学试剂有限公司）。

CrN/MoS2固体自润滑复合膜的制备步骤为：使用磁控溅射设备在N₂气氛中进行Cr靶和Mo靶共溅射，在不锈钢表面沉积CrMoN复合膜，厚度为5-6μm。利用高频脉冲等离子扩渗设备，以硫蒸气作为渗硫源，对薄膜表面进行2h的低温（230℃）离子渗硫处理，制备了CrN/MoS2固体自润滑复合膜。

CrN/MoS2固体自润滑复合膜的检测步骤为：利用Philips Quant200型扫描电子显微镜（SEM）观察薄膜表面形貌及磨痕形貌，分析复合膜显微组织结构和摩擦磨损机制。分辨率3.5nm，放大倍数200-120000倍，加速电压30kV，最大束流2A,同时采用Genesis型能谱仪（EDS）对渗硫层化学成分进行分析。利用ESCALAB 250Xi型X射线光电子能谱仪（XPS）对CrN基固体自润滑复合膜的化合物价态进行研究。激发源：Al靶，细扫宽度：25eV。利用PHI700型俄歇电子能谱仪（AES）对CrN基固体自润滑复合膜剖面成分分布进行分析。采用CETR UTM-2型摩擦磨损试验机对薄膜的抗微动磨损性能进行测试。实验条件为：运动方式为往复式，室温空气环境，对偶件为直径4.0mm的GCr15钢球。载荷范围为20-80N；频率范围为2-8Hz；温度23-26℃。摩擦环境：大气下干摩擦或坦克机油润滑。采用TR240表面粗糙度仪测试试样表面的磨痕轮廓曲线，根据曲线上的波谷计算出薄膜的磨损体积。

本发明的有益效果是：