[发明专利]一种WS2

说明书

本发明属于复合薄膜技术领域，具体涉及一种WS₂‑Ta复合薄膜及其制备方法和应用。本发明提供了一种WS₂‑Ta复合薄膜，包括WS₂和Ta；所述WS₂‑Ta复合薄膜中Ta的含量为2～6at.％。本发明以特定含量的Ta元素掺入WS₂中，有利于抑制WS₂的片状、柱状晶的产生，获得低结晶性、具有致密结构的WS₂形貌，进而降低复合薄膜的摩擦系数，提高润滑性能；同时，低结晶性的复合薄膜具有的致密结构有利于抑制腐蚀性离子对基体的侵入，可显著提高复合薄膜耐腐蚀性能。实验结果表明，本发明提供的WS₂‑Ta复合薄膜的摩擦系数低于0.05，润滑寿命高于3×10⁵r；腐蚀电位高、腐蚀电流密度低。

技术领域

本发明属于复合薄膜技术领域，具体涉及一种WS₂-Ta复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

机械设备经历的潮湿大气环境和海上输运、存贮、调试过程所处的盐雾腐蚀大气环境，会使机械设备表面润滑膜发生严重的电化学腐蚀，对机械设备表面的润滑薄膜的耐电化学腐蚀性能提出了更高的要求；另外，随着空间站建设和深空探测项目的实施，也对润滑薄膜在空间真空环境下的润滑寿命和可靠性提出了更高的要求。

过渡族金属二硫属化合物(MoS₂、WS₂等)因具有良好的真空防冷焊和润滑性能，作为一种良好的固体润滑材料，已广泛应用于航天结构中各类运动部件中，作为基体材料表面的润滑膜。但过渡族金属二硫属化合物的薄膜在潮湿空气环境条件下易于氧化，形成的氧化物摩擦系数较高，同时也会形成反应产物H₂SO₄，导致基体材料产生不同程度的腐蚀现象；在含盐雾的大气氛围条件下，Cl^-离子的存在会加剧二硫属化合物的薄膜自身发生氧化和酸化，薄膜也会与基体形成腐蚀原电池，发生电化学腐蚀，导致润滑薄膜剥落，大大降低薄膜的润滑性能和运动部件的寿命。由于二硫属化合物薄膜的环境敏感性较差，其在更为苛刻的盐雾腐蚀环境下材料的结构、摩擦学及耐腐蚀性能的研究较难进行，二硫属化合物仍无法满足机械设备越来越高的耐腐蚀与润滑一体化的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种WS₂-Ta复合薄膜，本发明提供的WS₂-Ta复合薄膜具有优异的润滑性和耐腐蚀性。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种WS₂-Ta复合薄膜，包括WS₂和Ta；

所述WS₂-Ta复合薄膜中Ta的含量为2～6at.％。

优选的，所述WS₂-Ta复合薄膜的厚度为1.5～3μm。

优选的，所述WS₂-Ta复合薄膜的真空摩擦系数≤0.05，耐磨寿命3×10⁵r。

本发明还提供了上述技术方案所述WS₂-Ta复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

对基体材料表面进行Ar离子轰击处理，得到待溅射表面；

在所述待溅射表面同时沉积WS₂和Ta，得到所述WS₂-Ta复合薄膜；

所述沉积WS₂的方法为射频磁控溅射，所述沉积Ta的方法为直流磁控溅射。

优选的，所述基体材料的材质为不锈钢或钛合金。