固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

潮湿大气环境的氧化以及盐雾环境下的腐蚀是限制MoS₂在大气环境下使用以及海上运输的关键因素，也是我国在海南文昌卫星基地发射航天器所面临的主要挑战。本论文采用磁控溅射技术成功制备了(002)晶面择优取向的MoS₂薄膜，并在此基础上发展了Ti/MoS₂复合薄膜、Pb/MoS₂复合薄膜、Pb-Ti/MoS₂复合薄膜和MoS₂/Pb-Ti 纳米多层薄膜。研究了掺杂元素种类及其含量对MoS₂薄膜的结构，抗氧化性能和摩擦学性能的影响；考察了影响MoS₂真空摩擦的主要因素，并分析Ti/MoS₂复合薄膜真空环境下摩擦磨损失效机理；探索了不同结构MoS₂薄膜的耐腐蚀和潮湿环境下摩擦学性能，主要结论如下：

1. 通过磁控溅射方法制备的MoS₂薄膜为(002)晶面择优取向，薄膜的摩擦系数及磨损率随着真空度的升高而升高；少量杂质气体，如水蒸气和氧气等，可以有效降低MoS₂薄膜的摩擦系数和磨损率。真空环境下，MoS₂与摩擦配副在接触区很难形成氧化层，所以转移膜对对偶的结合很弱，在摩擦过程中很容易从接触区剥落，形成片状磨屑，因此真空环境下的摩擦系数及磨损率很高。

2. Ti 掺杂可以有效提高MoS₂薄膜的致密度、硬度。适量的掺入Ti元素，可以有效提高复合薄膜的膜基结合力，并保持良好的薄膜韧性。较高的Ti含量的复合薄膜具有良好的抗氧化性能，即使在高湿度环境下也具有较低的摩擦系数，但Ti含量较高的薄膜更脆，摩擦过程中，薄膜很容易以片状形式剥落，造成较高的磨损。MoS₂/Ti复合薄膜与GCr15具有较强相互作用，这种作用强弱与MoS₂/Ti复合薄膜中Ti含量和真空度有关，即Ti含量越大，真空度越高，摩擦配副与复合薄膜的相互作用越强。而这种强相互作用直接结果便是复合薄膜的磨损率很高。

3. 对于MoS₂/Pb复合薄膜，在干燥环境(13% RH)下，MoS₂/Pb复合薄膜的摩擦学行为取决于薄膜的力学性质；而随着湿度升高，薄膜的抗氧化性能逐渐影响薄膜的摩擦学行为。在高湿度环境(75% RH)下，薄膜的抗氧化性能对薄膜的摩擦学行为起到主导作用。具有较高抗氧化性能的薄膜在交变湿度环境下摩擦系数具有可重复性，表现出良好的环境自适应性能。

4. 利用磁控溅射方法制备出Pb-Ti/MoS₂薄膜，Pb-Ti/MoS₂薄膜具有Pb/MoS₂薄膜致密度同时兼备Ti/MoS₂薄膜的高硬度。Pb-Ti/MoS₂薄膜致密结构和掺杂的Ti元素有效提高了薄膜的抗氧化性能，使其在潮湿环境下具有较低的摩擦系数和优异的耐磨性；Pb-Ti/MoS₂薄膜优异的力学性质，保证了薄膜在高真空环境超低摩擦系数和极低的磨损率。

5. 研究了不同调制周期MoS₂/Pb-Ti纳米多层薄膜的结构，抗氧化，耐腐蚀和摩擦学性能。研究发现，纳米多层结构的构建有效提高薄膜的硬度和弹性模量，提高薄膜的抗氧化性能和真空摩擦学性能。纳米多层薄膜在耐海水腐蚀方面有着独特的优势，其耐腐蚀性能优于元素掺杂MoS₂和未掺杂MoS₂。