固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

本论文在综述了WS₂薄膜的制备技术和研究进展的基础上，用射频非平衡磁控溅射技术制备了系列WS₂薄膜，考察了工艺参数与薄膜成分、结构和性能之间的关系。研究了掺杂金属Fe 含量对薄膜成分、结构及性能的影响，考察了薄膜在不同环境下的摩擦学性能，并分析了其摩擦磨损机理。主要研究结果和结论如下：

1．工艺参数对WS₂薄膜成分、结构与性能均有显著影响。随Ar气流量增大，WS₂薄膜的 S/W 原子比和(002)衍射峰均表现出先降低后升高的变化趋势，而纳米硬度和弹性模量则表现出相反的变化趋势。适量负偏压的加载可提高溅射粒子对WS₂薄膜的轰击刻蚀，从而改善薄膜质量。当偏压为-200 V时薄膜有较高的S/W原子比、(002)择优取向度和硬度，且薄膜结构致密，加之摩擦过程中形成了转移膜，致使薄膜表现出了良好的减摩抗磨性能。

2．Fe的掺入显著改变了WS₂薄膜的结构和性能。研究发现：纯WS₂薄膜表现出(101)结晶取向。Fe的掺入使WS₂薄膜疏松的柱状晶结构变得致密，薄膜的机械性能增强。当Fe在薄膜中的含量增加至6.89 at.%时，薄膜择优生长取向由随机取向转变为基面取向。低真空环境下，低含量Fe掺杂(1.75 at.%)使复合薄膜的摩擦寿命提高了57%，磨损率下降了 70 %；而高含量 Fe 掺杂(6.89 at.%)由于增大了薄膜的脆性，使复合薄膜短期内被磨穿。高温环境中，Fe的掺入提高了复合薄膜的抗氧化能力，因而表现出优良的摩擦学性能。

3．对比研究了WS₂-Fe、MoS₂/WS₂-Fe、MoS₂和MoS₂/WS₂四类薄膜的结构及性能。研究发现：MoS₂/WS₂-Fe多层膜非晶化生长及层间弱的结合力使其在膜-基结合强度、纳米硬度和弹性模量方面较WS₂-Fe薄膜更低。细颗粒强化和致密化的WS₂-Fe复合薄膜具有较高的纳米硬度和弹性模量，使其在大气和高真空环境下具有相对优异的摩擦学性能，尤其在真空环境下其耐磨寿命可高达2.15×10⁶转。