一种二硫化钼制造技术

本发明专利技术提供了一种二硫化钼二硼化钨纳米复合多层薄膜及其制备方法与应用，所述二硫化钼

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化钼/二硼化钨纳米复合多层薄膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及表面防护
，特别涉及一种二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]二硫化钼
(MoS2)
薄膜因其独特的结构特征，层间易滑移，作为固体润滑剂已被广泛应用航空航天
、
核能
、
机械电子等领域，但
MoS2对环境极其敏感，在大气
、
高温等环境下易氧化，导致其摩擦学性能下降，服役寿命大幅缩减
。
而航天器和卫星等航天机械运动装置在运输
、
贮存和发射的过程中不可避免地经历高湿度
、
高低温交变等复杂苛刻的环境条件，对
MoS2薄膜的可靠性和稳定性提出了更高的要求；此外，
MoS2薄膜的硬度偏低，在高速重载条件下易发生剥离和早期失效
。
因此亟需开发出集强韧
、
耐腐蚀和宽温域内低摩擦一体的新型
MoS2基纳米润滑薄膜，以保障高技术装备关键传动部件的长寿命可靠服役
。
[0003]近年来，硼化物具有高硬度
、
高熔点
、
高电导以及高热稳定性的特点而备受关注，其中二硼化钨
(WB2)
因其具有较好的抗高温氧化性以及耐磨性能，作为掺杂相一方面可以显著提升
MoS2薄膜的硬度和承载能力；另一方面能够改善
MoS2薄膜在高温条件下的摩擦磨损性能，且异质界面的构筑有助于
MoS2沿
(002)
晶面平行于基底生长，形成以
MoS2(002)/
二硼化钨交替生长的纳米复合多层结构薄膜，实现
MoS2基薄膜的环境自适应与高温低摩擦磨损
。
中国专利技术专利
CN111621745A
公开了一种二硫化钼
/
二硫化钨多层掺钽薄膜及其制备方法与应用，其中，采用磁控溅射技术，在基体表面依次沉积钛过渡层
、
钛
/
钽
/
二硫化钼
/
二硫化钨多层梯度过渡层和二硫化钼
/
二硫化钨多层钽掺杂层，获得二硫化钼
/
二硫化钨多层掺钽薄膜
。
该薄膜采用磁控溅射技术，在二硫化钼
/
二硫化钨多层薄膜中通过掺杂钽来提高薄膜的力学性能以及抗腐蚀性能
。
但采用磁控溅射技术方法制备的薄膜主体材料为
MoS2和
WS2，薄膜的机械性能相对较弱，尤其地，该专利制备得到的薄膜需要贵金属钽，价格昂贵，大大地提高了原材料成本
。
[0004]因此，基于现有技术存在的问题，本专利技术制备得到的二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜，无需掺杂贵金属，一方面能够大大地降低原材料成本，另一方面，其利用采用非平衡磁控溅射技术通过形成纳米梯度过渡层和纳米复合交替多层，使界面之间相互扩散融合，增强界面的结合力，提高薄膜的机械性能和摩擦学性能，且高温摩擦性能提升显著，且原料价格适宜，大大降低生产成本
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术公开了一种二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜及其制备方法与应用
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案，一种二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜，在其厚度方向上依次沉积钛过渡层
、
钛
/
二硫化钼
/
二硼化钨梯度过渡层和二硫
化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜
。
[0007]优选地，二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜的制备方法，其包括：采用非平衡磁控溅射技术，在基体表面依次沉积钛过渡层
、
钛
/
二硫化钼
/
二硼化钨梯度过渡层和二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜，获得所述二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜
。
[0008]为实现另一个目的，本专利技术还提供了上述二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜的制备方法，其包括：采用非平衡磁控溅射技术，在基体表面依次沉积钛过渡层
、
钛
/
二硫化钼
/
二硼化钨梯度过渡层和二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜，获得所述二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜
。
[0009]在一些优选实施例中，所述制备方法包括：采用非平衡磁控溅射技术，以钛金属靶为阴极靶材，以氩气为工作气体，对钛金属靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在基体表面沉积得到钛过渡层
。
[0010]在一些优选实施例中，所述制备方法包括：采用非平衡磁控溅射技术，以钛金属靶
、
二硫化钼靶
、
二硼化钨靶为阴极靶材，以氩气为工作气体，对钛靶
、
二硫化钼靶
、
二硼化钨靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在所述钛过渡层表面沉积得到钛
/
二硫化钼
/
二硼化钨梯度过渡层
。
[0011]在一些优选实施例中，施加于钛靶上的靶电流从工作电流
(3.0
～
5.0A)
逐渐减小至0，二硫化钼的靶电流逐渐从0增加至工作电流
1.6A
；施加于二硼化钨的靶电流从0逐渐增加至工作电流
0.4A
～
1.2A
，基体偏压为
‑
50
～
‑
70V
，工作气体流量为
12
～
16sccm
，腔体温度为
80
～
120℃
，反应腔室压强为
0.1
～
0.4Pa
，沉积时间为
1200
～
1800s。
[0012]在一些优选的实施例中，所述钛
/
二硫化钼
/
二硼化钨梯度过渡层的厚度为
100
～
300nm。
[0013]在一些优选实施例中，所述制备方法包括：采用非平衡磁控溅射技术，以二硫化钼靶
、
二硼化钨靶为阴极靶材，以氩气为工作气体，对二硫化钼靶
、
二硼化钨靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在所述钛
/
二硫化钼
/
二硼化钨梯度过渡层表面生长获得二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜
。
[0014]在一些优选实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜，采用非平衡磁控溅射技术，包括在其厚度方向上依次沉积钛过渡层
、
钛
/
二硫化钼
/
二硼化钨梯度过渡层和二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层
。2.
根据权利要求1所述的二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜，其特征在于：所述二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜中硼原子百分含量为
16.7
％，
W
的含量为
10.7
％；和
/
或，所述钛过渡层的厚度为
100
～
300nm
；和
/
或，所述钛
/
二硫化钼
/
二硼化钨梯度过渡层的厚度为
200
～
300nm
；和
/
或，所述二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜的厚度为
2.1
μ
m
～
2.8
μ
m
；和
/
或，所述二硫化钼纳米复合多层薄膜的表面粗糙度小于
8nm
；和
/
或，所述二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜在大气常温下摩擦系数为
0.06
～
0.12
，磨损率为
1.88
×
10
‑7～
1.58
×
10
‑6mm3/N
·
m
；和
/
或，所述二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜在大气
100℃
环境条件下，摩擦系数为
0.02
～
0.16
，磨损率为
3.62
×
10
‑7～
1.09
×
10
‑6mm3/N
·
m
；在
200℃
下摩擦系数为
0.04
～
0.20
，磨损率为
3.96
×
10
‑7～
1.70
×
10
‑6mm3/N
·
m
；在
300℃
下摩擦系数为
0.07
～
0.50
，磨损率为
9.30
×
10
‑7～
1.27
×
10
‑5mm3/N
·
m。3.
根据权利要求1或2所述的二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括采用非平衡磁控溅射技术，在基体的表面依次沉积钛过渡层
、
钛
/
二硫化钼
/
二硼化钨梯度过渡层和二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层，获得所述二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜；主体相二硫化钼沿
(002)
晶面平行基体择优生长
。4.
根据权利要求3所述的二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜的制备方法，其特征在于：所述非平衡磁控溅射技术基于六靶技术进行沉积，所述六靶技术包括按逆时针方向依次排列为两个二硫化钼靶
、
一个钛金属靶
、
两个二硫化钼靶和一个二硼化钨靶
。5.
根据权利要求3所述的二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜的制备方法，其特征在于：采用非平衡磁控溅射技术，以钛金属靶为阴极靶材，以氩气为工作气体，对钛金属靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在基体表面沉积得到所述钛过渡层，其中，所述靶电流为
3.0
～
5.0A
，基体偏压为
‑
70
～
‑
90V
，工作气体流量为
12
～
16sccm
，沉积腔室压强为
0.1
～
0.4Pa
，沉积时间为
1200
～
1800s
；和
/
或，所述钛过渡层的厚度为
100
～
300nm。6.
根据权利要求3所述的二硫化钼
/
二硼化钨纳米复合多层薄膜的制备方法，其特征在于：采用非平衡磁控溅射技术，以钛靶
、
二硫化钼靶
、
二硼化钨靶为阴极靶材，以氩气为工作气体，对钛靶
、
二硫化钼...

【专利技术属性】
技术研发人员：任思明，王立平，高臻荣，王海新，李金龙，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：