[发明专利]一种固体润滑薄膜及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种固体润滑薄膜及其制备方法和用途。所述固体润滑薄膜包括由MoS₂层和Mo‑S‑N复合层交替连接形成的多层结构膜，所述MoS₂层和Mo‑S‑N复合层的厚度均为纳米级厚度，所述Mo‑S‑N复合层为N掺杂MoS₂复合层。本发明的固体润滑薄膜中，纳米级厚度的MoS₂层和Mo‑S‑N复合层交替堆叠，得到纳米级或微米级的多层结构膜，所得固体润滑薄膜呈现为高强度、低摩擦、长寿命等优异性能的真空润滑，有效实现了过渡族金属二硫化物基固体润滑薄膜机械性能和润滑性能的协同优化。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，涉及一种固体润滑膜及其制备方法和用途，具体涉及一种过渡族金属二硫化物基固体润滑薄膜及其制备方法和用途。

背景技术

随着精密机械、航天/航空、微电子等高新技术产业的飞速发展，发展极端苛刻环境下的固体润滑薄膜材料与技术成为世界各国竞相研究的热点。固体润滑薄膜材料主要是通过在表面沉积或制备一层性质和性能与整体材料完全不同的物质，在不改变整体材料本身的同时有效地改变材料表面的摩擦学性能，从而满足不同应用场合下的使用要求。在众多固体润滑薄膜材料中，溅射MoS₂膜因其具有独特的结构和优异的摩擦学性能一直倍受人们关注。但是在大气中、尤其是潮湿空气中，MoS₂易于被氧化，导致薄膜化学组成和结构发生变化，润滑性能降低甚至失效。同时，溅射MoS₂薄膜还存在硬度低、承载力弱、膜-基结合力差及地面储存困难等问题，从而限制了该类薄膜的应用。

针对上述问题，许多研究小组开展了卓有成效的研究工作，促使薄膜材料研制从单层、单一组分向复合化、梯度化、多层化方向发展。摩擦学理论和实践表明，强度大、韧性高、可控化制备性能优越、优化方案丰富的多层复合薄膜具有优异的摩擦学性能，正在为越来越多的运动机构的摩擦学设计提供可行方案。如CN 102994947A公开了一种类金刚石复合二硫化钼纳米多层薄膜及其制备方法，采用双靶磁控溅射技术在不锈钢基底上交替沉积单层厚度为10～100nm的类金刚石层(DLC)和MoS₂层，同时解决了MoS₂软质薄膜耐磨性能差和类金刚石硬质薄膜脆性大的问题。MoS₂/DLC多层复合虽能有效提高薄膜硬度，但DLC硬质层在真空环境下的磨损速率较快，导致多层复合薄膜的真空耐磨寿命仍难满足≥105转以上要求。CN 110965015A公开了一种CrN/MoS₂固体自润滑复合膜，采用低温离子渗硫处理CrMoN复合膜，原位合成摩擦学性能优异的CrN/MoS₂固体自润滑复合膜，但采用该方法获得的渗硫层厚度有限，复合膜物相结构复杂且难以调控。

因此，开发一种沉积工艺简单，薄膜结构致密，真空环境中摩擦系数低、耐磨性能好的多层复合润滑涂层显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种固体润滑膜及其制备方法和用途。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种固体润滑薄膜，所述固体润滑薄膜包括由MoS₂层和Mo-S-N复合层交替堆叠形成的多层结构膜，所述MoS₂层和Mo-S-N复合层的厚度均为纳米级厚度，所述Mo-S-N复合层为N掺杂的MoS₂基复合层。

本发明中，所述“多层”为至少两层。

本发明的固体润滑薄膜中，纳米级厚度的MoS₂层和Mo-S-N复合层交替堆叠得到纳米级或微米级的多层结构膜，所得固体润滑薄膜结构致密，具体是一种高强度、低摩擦、长寿命等优异性能的真空润滑，有效实现了过渡族金属二硫化物基固体润滑薄膜机械性能和润滑性能的协同优化。