363 / 2022-10-05 16:28:49

高接触应力下掺银二硫化钼与含氢类石墨碳膜摩擦副宏观超滑的实现

超滑，掺银二硫化钼，类石墨碳薄膜，高接触应力，异质界面

固体润滑剂具有在许多极端工况下良好的环境适应性，固体薄膜可广泛应用于有高接触应力、高低温、长工作时间等要求的空间机械中。二硫化钼（MoS₂）是典型的软质二维层状固体润滑剂，可以通过添加纳米银等贵金属来提高其韧性和承载性。nc-Ag/MoS₂通过在接触面上形成致密有效的摩擦膜，表现出优异的润滑性能。含氢非晶碳（a-C:H）是另一种典型的润滑薄膜，根据氢含量由高到低分为含氢类聚合物碳膜（PLCH）、含氢类金刚石碳膜（DLCH）和含氢类石墨碳膜（GLCH）。本研究将nc-Ag/MoS₂与a-C:H薄膜配副，形成结合两种润滑材料物理化学性质的异质滑动界面，实现高接触应力下的超润滑。氢含量最低、硬度相对较高的GLCH薄膜在三种不同含氢量的a-C:H薄膜中，表现最好（GLCH~0.0059、DLCH~0.0075、PLCH~0.0097）。即使在2.33 GPa（50 N法向载荷对应的最大赫兹接触应力）的高接触应力下，GLCH和nc Ag/MoS₂摩擦副也可以实现长时间（50000转）稳定超滑（COF~0.005）。研究推测MoS₂在高接触应力下分解为钼和硫，氢含量较低的a-C:H薄膜更容易与它们发生摩擦化学反应，并在高接触应力或长时间条件下发生石墨化。本研究在航天机械中具有重要的应用意义，可以为未来固体润滑技术提供理论指导和新途径。