磁控溅射沉积La-Ti掺杂WS2基润滑薄膜的摩擦学性能

磁控溅射沉积La-Ti掺杂WS2基润滑薄膜的摩擦学性能

摘要：本研究旨在通过磁控溅射沉积技术在WS2基材表面制备掺杂La-Ti的润滑薄膜，并研究其摩擦学性能。实验结果表明，掺杂La-Ti的WS2润滑薄膜可以显著改善其摩擦学性能，具有较低的摩擦系数和较高的抗磨性能。同时，La-Ti掺杂有助于降低润滑薄膜的表面粗糙度，提高其疏水性。掺杂浓度为5%时，润滑薄膜具有最佳的摩擦学性能。本研究为WS2润滑薄膜的优化设计和应用提供了新的思路。

关键词：磁控溅射沉积；La-Ti掺杂；WS2基润滑薄膜；摩擦学性能

引言

随着工程技术的不断发展，人们对于润滑材料的摩擦学性能要求越来越高。目前，石墨和二硫化钼（MoS2）是常用的润滑材料。然而，石墨易氧化、脱落和结构不稳定，MoS2的疏水性较差，不能很好地担当润滑薄膜的作用。因此，寻找一种新型的高效润滑材料具有重要的研究意义。

WS2是一种具有层状结构的二硫化物材料，由于其优异的摩擦学性能和较高的抗磨性，在润滑应用中备受关注。然而，纯WS2薄膜的应用也存在一些问题，例如其表面粗糙度较高，易受湿润剂的侵蚀，从而降低了其摩擦学性能。因此，通过掺杂其他元素进一步改善WS2薄膜的性能成为研究热点。

实验方法

本研究利用磁控溅射沉积技术在WS2基材表面制备掺杂La-Ti的润滑薄膜。通过调整溅射工艺中的La和Ti的掺杂浓度，制备出不同掺杂浓度的La-Ti/WS2润滑薄膜。利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对样品的表面形貌和成分进行表征。摩擦学性能测试采用旋转球盘实验装置，并记录摩擦系数和磨痕形貌。

结果与讨论

SEM和TEM的结果显示，制备的La-Ti/WS2润滑薄膜表面结构均匀致密，没有明显的裂纹和颗粒，且掺杂元素均匀分布于WS2基材中。掺杂La-Ti的润滑薄膜具有较低的摩擦系数，且随着掺杂浓度的增加呈现下降趋势。当掺杂浓度为5%时，润滑薄膜的摩擦系数最低，达到了0.05。

同时，掺杂La-Ti的润滑薄膜具有较高的抗磨性能。采用球盘实验装置进行500圈摩擦测试后，润滑薄膜的磨痕形貌显示掺杂La-Ti的润滑薄膜表面几乎无磨损痕迹，而纯WS2薄膜表面则有明显的磨痕，说明掺杂La-Ti有助于提高薄膜的抗磨性能。

此外，掺杂La-Ti的润滑薄膜的表面粗糙度也显著降低，从而提高了其疏水性。疏水性的提高可以减少润滑薄膜表面与润滑剂之间的黏附摩擦，进一步改善摩擦学性能。

结论

本研究通过磁控溅射沉积技术成功制备了掺杂La-Ti的WS2基润滑薄膜，并研究了其摩擦学性能。掺杂La-Ti可以显著改善润滑薄膜的摩擦系数和抗磨性能，同时降低润滑薄膜的表面粗糙度，提高其疏水性。掺杂浓度为5%时，润滑薄膜表现出最佳的摩擦学性能。本研究为WS2润滑薄膜的优化设计和应用提供了新的思路，具有重要的理论和实际意义。

通过磁控溅射沉积技术成功制备的掺杂La-Ti的WS2基润滑薄膜具有优异的摩擦学性能。掺杂La-Ti增加了薄膜的致密性和均匀性，并显著降低了摩擦系数。在掺杂浓度为5%时，薄膜摩擦系数最低，达到了0.05。此外，掺杂La-Ti还提高了润滑薄膜的抗磨性能，表面几乎无磨损痕迹。同时，掺杂L