[发明专利]一种具有高耐磨性与抗辐照性能的二硫化钼/钇稳定氧化锆复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高耐磨性和抗辐照性能的二硫化钼/钇稳定氧化锆复合薄膜（MoS₂/YSZ）的制备方法，是先采用射频磁控溅射物理气相沉积技术制备MoS₂/YSZ复合薄膜，然后将薄膜进行热退火处理，消除MoS₂晶体在磁控溅射生长过程中的本征缺陷；得到的薄膜MoS₂(002)取向择优，结晶性能良好，呈现出低摩擦、高耐磨性能（平均摩擦系数0.05，磨损寿命2×10⁵转）和高耐磨抗辐照特性，实现了MoS₂/YSZ基复合薄膜低摩擦与抗辐照自适应的一体化，因此，可用于反应堆及聚变堆辐照环境下机械运动部件的润滑。

技术领域

本发明涉及一种具有高耐磨性与抗辐照性能的二硫化钼/钇稳定氧化锆复合薄膜（MoS₂/YSZ）及其制备方法，主要用于反应堆及聚变堆辐照环境下机械运动部件的润滑。

背景技术

能源是人类社会发展的基础，核能源成为目前可大规模发展使用的清洁、安全、高效的重要资源。中国核电发展分三步走：先进压水堆，快堆/增殖堆，聚变堆。现阶段大部分工作主要集中于反应堆核结构材料的抗辐照损伤机理研究。到目前为止，设计的反应堆核结构材料的抗辐照损伤剂量已接近200dpa。第四代反应堆和聚变堆工程设计已进入建设应用示范阶段，核反应堆关键机械运动机构，如EAST装置遥操臂的服役环境及要求愈加苛刻、复杂、多变：环境交变10^-5-10⁵Pa，中子通量10¹²-10¹⁵，高接触应力1.5GPa，行程误差小于0.1%等。反应堆辐照环境要求应用于机械运动部件的润滑材料具备较高的耐辐照性。然而，目前对于固体润滑材料在辐照环境下的损伤行为以及其累积效应与薄膜摩擦学性能之间的关联机制鲜见报道。因此设计具有低摩擦，高耐磨和高抗辐照性能的固体润滑薄膜材料对先进核能的设计、突破制约装备安全可靠性和使用寿命的技术瓶颈具有划时代的意义。

目前，在众多的固体润滑剂中，金属硫化物是一种重要的材料，如WS₂，MoS₂，FeS，NbS₂等。其中MoS₂因其优良的润滑性能以及较低的制备成本已经发展为最为广泛的固体润滑剂。计算显示，纳米结构MoS₂的最大原子离位数率可达1.51×10^-8 dpa/s，揭示了MoS₂具备一定的抗辐照性能。在摩擦领域，为提高薄膜的硬度、致密度、承载能力以及磨损寿命，在MoS₂中掺杂金属、非金属元素和氧化物等已发展成为一种有效的方法。但是大多数元素的掺杂是以牺牲MoS₂有序度，增加MoS₂晶体的不饱和性和引入空位等缺陷为代价的。这些缺陷的存在会大大降低S、Mo原子的离位阈值，降低了MoS₂晶体的本征抗辐照能力，进而促进辐照过程中碰撞级联的产生，引起MoS₂的迅速非晶化，最终导致润滑迅速失效。因此，急需发展一些新的技术与方法强化MoS₂基薄膜中MoS₂晶体的本征耐辐照性，使其在辐照环境下也能表现做出优异的润滑性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高耐磨性与抗辐照性能的MoS₂/YSZ复合薄膜的制备方法。

一、MoS₂/YSZ复合薄膜的制备

本发明MoS₂/YSZ复合薄膜的制备方法，是先采用射频磁控溅射物理气相沉积技术制备MoS₂/YSZ复合薄膜，然后将薄膜进行热退火处理，消除MoS₂晶体在磁控溅射生长过程中的本征缺陷；得到的薄膜结晶性能良好，MoS₂呈现(002)取向择优，具有摩擦系数低和优异的抗磨损性能。

所述基底清洗是将基底材料置于无水丙酮和酒精中依次清洗15~20min，吹干。