[发明专利]一种金属掺杂二硫化钼超滑薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属掺杂二硫化钼超滑薄膜及其制备方法，属于表面处理方法领域。通过将洁净的基底经氩离子清洗后，采用非平衡磁控溅射沉积系统技术，先在基底表面沉积金属过渡层，采用双靶共溅射技术，继续沉积金属掺杂二硫化钼层，制得金属元素掺杂二硫化钼超滑薄膜。该方法制得的金属元素掺杂二硫化钼超滑薄膜中金属元素的掺杂有利于固定同时活化二硫化钼片层、促使其垂直排列取向。所述具有超滑性能的固体润滑材料表面含有所述金属元素掺杂二硫化钼超滑薄膜；同时所述金属元素掺杂二硫化钼超滑薄膜能够应用在大气环境中运动机械零部件表面，实现超滑减摩抗磨。

技术领域

本发明属于表面处理方法领域，涉及一种金属掺杂二硫化钼超滑薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

过渡金属硫族化合物，如二硫化钼、二硫化钨等均是空间应用固体润滑材料。过渡金属硫族化合物具有特定的层状晶体结构，“三明治”式的堆叠层之间通过弱范德华力结合，具有极低的剪切强度，从而能够表现出较低的摩擦系数。通常，二硫化钼在真空、惰性气氛及低湿度空气中摩擦学性能良好，随着环境湿度的增大，或者环境中氧气含量的增加，摩擦学性能变差。这主要取决于二硫化钼的晶体取向(垂直取向，或称边缘面取向，类型I；平行取向，或称基准面取向，类型II)。类型I通常具有柱状结构，但其摩擦系数较高；类型II薄膜表面致密，表现出低摩擦系数，但其薄膜较为疏松。因此，如何制备兼具I、II型优点，即具有致密柱状结构、低摩擦系数的二硫化钼润滑薄膜，对于本领域技术人员而言是亟待解决的重要问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明通过简单高效的制备方法，制备出具有Thornton型(简称T型)结构的金属掺杂二硫化钼薄膜，该金属掺杂二硫化钼超滑薄膜在内部为边缘面取向(类型I)、顶部为基准面取向(类型II)，表面致密、平整，同时能够在开放大气环境下表现出超滑特性。

本发明的目的在于提供一种金属掺杂二硫化钼超滑薄膜及其制备方法和应用，为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种金属元素掺杂二硫化钼超滑薄膜的制备方法，将洁净的基底经氩离子清洗处理后，采用非平衡磁控溅射沉积系统技术，先在基底表面沉积金属过渡层，采用双靶共溅射技术，继续沉积金属掺杂二硫化钼层，制得金属元素掺杂二硫化钼超滑薄膜。

优选地，所述金属元素掺杂二硫化钼超滑薄膜中，二硫化钼层为金属掺杂二硫化钼片层(002)，金属掺杂二硫化钼片层(002)晶面垂直于基底表面取向分布。

优选地，金属过渡层的厚度为10～20nm。

优选地，洁净的基底通过以下操作得到：将基底通过超声清洗、烘干后，得到洁净的基底。

优选地，采用非平衡磁控溅射沉积系统技术，先在基底表面溅射一层金属作为过渡层的操作包括：将洁净的基底置于磁控溅射镀膜机真空腔内，进行氩离子清洗，去除基底表面的氧化层、污染物和毛刺，然后采用直流电源、通过溅射高纯金属靶，沉积金属过渡层。

进一步优选地，将磁控溅射镀膜机真空腔的真空度依次通过机械泵、罗茨泵、涡轮分子泵抽至1.0×10^-4帕斯卡。

进一步优选地，氩离子清洗的操作参数包括：气压在0.5～0.6Pa；直流脉冲偏压为800～1000V，占空比50％～80％，频率40～80KHz。

其中，优选地，轰击时间为30min。

进一步优选地，沉积金属过渡层中，金属为银、铜、金中的一种。

进一步优选地，采用直流电源、通过溅射高纯金属靶，沉积金属过渡层的操作参数包括：气压在0.6～0.7Pa，直流电源功率为60W，氩气流量为100～110sccm，沉积时间15～20min。