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Ti/Pb-MoS2-Graphene复合薄膜在高温下的摩擦学性能研究

高温；MoS2复合薄膜；金属掺杂；摩擦磨损；润滑性能

摘要：MoS₂作为一种性能优异的固体润滑材料，近年来被广泛地应用于航空航天、军工机械等领域，但受周围环境温度的影响，纯MoS₂薄膜在高温中的润滑效果和摩擦学性能较差。为解决上述问题，采用非平衡磁控溅射和表面涂覆技术在GCr15钢片和硅片上制备了MoS₂-Graphene、Ti-MoS₂-Graphene、Pb-MoS₂-Graphene和Ti/Pb-MoS₂-Graphene四种复合薄膜，采用SEM&EDS和纳米压痕对复合薄膜的微观形貌、元素组成、磨痕形貌以及力学性能进行了测试和分析，利用UMT多功能摩擦磨损测试仪在RT~500℃温度下对四种薄膜进行了往复摩擦磨损实验。结果表明：金属元素的掺杂使得M-MoS₂- Graphene复合薄膜更加致密，Ti-MoS₂-Graphene和Pb-MoS₂-Graphene薄膜的纳米硬度由MoS₂-Graphene薄膜的6.1 GPa提高到6.6 GPa，Ti/Pb-MoS₂-Graphene薄膜硬度提高到6.7 Gpa，弹性模量也提高了17%~34%；通过对不同温度下复合薄膜的摩擦系数、磨损率进行对比分析，得出在500℃下，Ti-MoS₂-Graphene薄膜稳定摩擦系数最低为0.4, Pb-MoS2-Graphene薄膜的磨损率最低为1.9×10^-6mm³/Nm， 400℃以下四种薄膜的摩擦系数均保持在较低水平（小于0.1）。高温下薄膜的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损，整体而言，Pb元素对于MoS₂薄膜在高温环境下的摩擦学性能提高优于Ti元素，尤其是在400℃和500℃下复合薄膜耐磨性能提升显著。

关键词：高温；MoS₂复合薄膜；金属掺杂；摩擦磨损；润滑性能