Page 156 - 摩擦学学报2025年第10期

第 10 期 叶青林, 等: MoS 2 -TiNb复合固体润滑薄膜在大气-真空循环条件下的摩擦学性能研究 1553

基底晶体质量过高影响了薄膜的衍射峰信号. 其中， 内部的Mo 3d和S 2p分布差异较大，表明疏松多孔的

纯MoS 薄膜在2θ为33.61°处出现的衍射峰对应于MoS 2 结构在Ar离子刻蚀时容易发生S缺失，并且薄膜表面
2
[25]
的(100)晶面 . 在MoS -5%TiNb薄膜中，MoS 的衍射 存在较为明显的氧化，但内部的氧化程度较低，这可
2
2
峰向小角度偏移，即TiNb掺杂会使MoS 的层间距变大， 能是因为纯MoS 薄膜暴露在空气中发生缓慢氧化的
2
2
[23]
这表明TiNb元素容易插入MoS 层间 . 当TiNb的含量 结果。然而，MoS -10%TiNb薄膜内部组成和表面组
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2
继续增大时，薄膜中MoS 的衍射峰信号消失，表明复 成基本一致，这表明无定型复合薄膜具有更加致密的
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合薄膜结构中的MoS 已经由结晶相转变为无定型相. 结构和更高的抗氧化性能. 同时，对MoS -10%TiNb
2 2
利用拉曼光谱分析薄膜表面的分子振动特性，如 薄膜中TiNb合金在复合薄膜内部(刻蚀60 s)的存在状
−1
−1
图3(b)所示，位于376 cm 和405 cm 处的2个强烈拉 态进行了分析， Ti元素在464.30 eV和458.90 eV处出
1
[26]
4+
4+
曼峰分别对应于MoS 的E 和A 振动峰 ，说明纯 现分别对应的Ti 2p 和Ti 2p 的特征信号峰，如
1/2
2
3/2
1g
2g
−1
MoS 薄膜中存在有序结构；而位于818 cm 和995 cm −1 图4(e)所示，表明可能形成了TiS 结构 [28] . Nb元素在
2
2
[27]
4+
处的峰归属于钼的氧化物(MoO ) ，表明纯MoS 薄 206.31 eV和203.55 eV处出现分别对应的Nb 3d 和
2
3/2
x
4+
膜表面容易被氧化. 但是，MoS -TiNb薄膜中的拉曼峰 Nb 3d 的特征信号峰，在207.96 eV和204.58 eV处
2
5/2
信号减弱甚至消失，表明复合薄膜中的MoS 呈无定 出现的肩峰对应于Nb元素的更高价态，如图4(f)所
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型相，这与XRD的测试结果一致. 同时，可以明显看出 示，表明可能形成了NbS 或NbS 结构 [29-30] ，因此，可
2 2+x
复合薄膜中不存在钼的氧化物拉曼峰信号，这说明 以推断掺入的TiNb合金倾向于插入于MoS 的层间位
2
TiNb合金复合MoS 薄膜表面的抗氧化能力增强. 置，能够有效减少MoS 棱面悬空键的暴露，进而增加
2
2
为了进一步研究薄膜的内部组成，对MoS 和 了薄膜的抗氧化能力.
2
MoS -10%TiNb薄膜进行了深度XPS剖析，分别刻蚀 2.2 薄膜力学性能
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60 s和180 s，结果如图4(a~d)所示. MoS 薄膜表面和 薄膜的力学性能与摩擦学性能密切相关，为了分
2
5 12
(a) 2.0 MoS 2 Mo 3d 5/2 (b) MoS 2 -10%TiNb Mo 3d 5/2 (c) MoS 2 -10%TiNb
4+
4+
4+ 4+
Mo 3d 3/2 0 s 4 11 Ti 2p 3/2
Intensity/10 5 a.u. 1.2 S 2s Intensity/10 5 a.u. 3 2 0 s Mo 3d 5/2 Intensity/10 4 a.u. 10 Satellite Ti 2p 1/2
1.6
60 s
180 s
4+
4+
60 s
0.8
180 s
0.4 1 9
8
240 237 234 231 228 225 222 240 237 234 231 228 225 222 470 465 460 455 450
Binding energy/eV Binding energy/eV Binding energy/eV
(d) 10 S 2p 3/2 (e) 8 (f) 12 MoS 2 - NbS 2 Nb 3d 5/2
4+
2-
2-
MoS 2 S 2p 1/2 6 MoS 2 -10%TiNb S 2p 3/2 10%TiNb Nb 3d 3/2
Intensity/10 5 a.u. 8 6 4 0 s Intensity/10 5 a.u. 4 0 s Intensity/10 5 a.u. 10 8 6 NbS 2+x
2-
4+
2-
S 2p 1/2
60 s
60 s
180 s
180 s
2 2 4
2
0 0
168 166 164 162 160 158 168 166 164 162 160 158 212 210 208 206 204 202 200
Binding energy/eV Binding energy/eV Binding energy/eV
Fig. 4 (a) Mo 3d and (b) S 2p spectra of depth profiles for MoS 2 film from surface to inner (etching 0, 60, 180 s);
(c) Mo 3d and (d) S 2p spectra of depth profiles for MoS 2 -10%TiNb film from surface to inner (etching 0, 60, 180 s);
(e) Ti 2p spectra and the corresponding fitting curves for MoS 2 -10%TiNb film; (e) Nd 3d spectra and the
corresponding fitting curves for MoS 2 -10%TiNb film
图 4 MoS 2 薄膜自表面向内部深度剖析(刻蚀0, 60, 180 s)的(a) Mo 3d 和(b) S 2p高分辨XPS谱图；MoS 2 -10%TiNb
薄膜自表面向内部深度剖析(刻蚀0, 60, 180 s)的(c) Mo 3d 和(d) S 2p高分辨XPS谱图；(e) MoS 2 -10%TiNb
薄膜中Ti元素XPS拟合曲线；(f) MoS 2 -10%TiNb薄膜中Nb元素XPS拟合曲线