Page 40 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 胡汉军, 等: 原子氧对非平衡磁控溅射MoS 2 -Ti复合薄膜真空摩擦学性能的影响 629

SEM照片，照片显示薄膜具有明显的柱状和簇状微观 几十至几百纳米之间，这与图1的柱状晶断面结构一
组织结构. 如相关文献报道，MoS 在边缘方向的生长 致. 图2(b)表明原子氧对整个表面具有显著的侵蚀作
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速率要明显大于沿基面方向，导致了柱状晶结构的出 用，形成“绒毯”状显微形貌.
现 [12-13] . 与疏松、多孔的MoS 薄膜不同，掺杂Ti元素后 表2列出了薄膜表面的粗糙度对比结果(R 表示高
a
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薄膜的致密度显著提高. Ti作为过渡层不仅提升了 度方面的平均粗糙度，R 和△q表示形状方面的轮廓
q
MoS 与基底的附着力，而且在与MoS 复合后提升了 粗糙度). 虽然原子氧只是轻微降低了表面的R 值，但
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2
a
薄膜的抗氧化性能 [14-15] . 却造成了R 值的明显下降. R 为表面轮廓均方根值，
q
q

2.2 薄膜表面显微特征 其值下降表明了表面轮廓离散程度的减小，也就是说
图2是薄膜表面显微形貌[图2(a)辐照前，图2(b)辐 原子氧可能对表面尖峰、凸起等局部区域侵蚀速率更
照后]. 图2(a)表明薄膜具有多晶结构，晶粒尺寸介于 快，弱化了表面凹凸不平的程度.

(a) (b)

1 μm 1 μm

Fig. 2 Micro topography of surface: (a) before AO irradiation; (b) after AO irradiation
图 2 表面微观形态：(a)原子氧辐照前; (b)原子氧辐照后

表 2 原子氧辐照前和辐照后的薄膜表面粗糙度 旋分裂双峰，主要由少量的Ti O 和大量的TiO 组成，
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Table 2 Surface roughness of the samples before and after 表明掺杂的Ti可在表面形成致密的TiO ，提升薄膜的
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AO irradiation
抗氧化性能；图3(f)是O1s谱峰，可分为两个组团，分别
Specimen R a /nm R q /nm △q/(°) 2-
是在531 eV左右归属于SO 、Ti O (x=1～2，y=2～3)、
Before AO irradiation 51.4 68.6 2.95 4 x y
Mo O (x=1，y=2～3)的组团和在532.5 eV左右归属于
After AO irradiation 50.2 64.3 2.58 x y
H O、碳氧基团的组团.
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2.3 化学组成分析 图4所示为原子氧辐照后薄膜表面元素的XPS精
图3所示为原子氧辐照前薄膜表面元素的XPS精 细谱，图中采用C1s 284.8 eV进行峰位校准，结果如图4(a)
细谱(采用高斯-洛伦滋函数进行分峰处理，高斯占比 所示. 与图3中谱图不同，原子氧造成表面的部分
不低于80%, 采谱时同时开电子中和和离子中和，背 MoS 被氧化成MoO ，如图4(c)所示，全部的MoO 和
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景扣除采用Shirley方法，采取了C1s和N1s的谱图，并 Ti O 分别被氧化成了MoO 和TiO ，分别如图4(c)和
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用C1s 284.8 eV进行峰位校准). 图3(a)是C1s的谱峰， (e)所示. 相应地，在原子氧的作用下薄膜表面MoS 与
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主要来自于表面的污染碳；在图3(b)中，400 eV左右是 O原子和H O分子发生了显著的化学反应，而生成了
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N1s的谱峰，395 eV是Mo3p 自旋分裂峰；在图3(c) 大量的SO ，如图4(d)所示. 此外，图4(b)中400 eV处
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中，Mo的化学态是MoS 、MoO 和MoO 的混合，表明 和图4(f)中531 eV处的峰强和峰宽增大，均归因于表
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薄膜表面已经发生了局部氧化，但其中MoS 的占比明 面元素失电子被氧化而导致的结果.
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显偏多，仍然可以起到良好的润滑作用(226.48 eV的 表3所示为原子氧辐照前和辐照后不同化学态的
矮峰属于S2s峰)；图3(d)是S2p的谱峰，主要归属于 原子占比，表现出原子氧造成表面O含量和高价S含量
MoS 中的S，另外在169 eV左右出现的矮峰来源于MoS 2 的显著增高，以及S元素总含量的降低(从11.81%到
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与氧或H O分子反应生成的SO ；图3(e)是Ti2p的自 5.84%). 推测原因认为：在原子氧辐照过程中，高能原
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