Page 157 - 摩擦学学报2025年第10期

1554 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

析TiNb合金对复合薄膜力学性能的影响，采用纳米压 与基底的结合力较差，在较低载荷下，薄膜已出现裂
[31]
痕仪测试了薄膜的硬度(H)和弹性模量(E). 图5(a)所示 纹扩展且划痕两侧出现碎屑 ，临界载荷(L )为22.1 N，
c
为不同复合薄膜的载荷-位移曲线，可以看出在相同 随着TiNb原子分数的增加，复合薄膜的膜-基结合力
的载荷(1 mN)下，纯MoS 薄膜的压入深度最大，可达 逐渐增大，分别为26.2 N和45.3 N. 当TiNb原子分数达
2
399 nm，随着TiNb掺杂量的增加，压入深度逐渐减 到15%时，薄膜由于金属化现象导致结合力急剧下降 ，
[25]
小，对于MoS -15%TiNb薄膜，压入深度仅为85 nm，这 仅为14.5 N. 上述结果表明TiNb掺杂能有效提升MoS 2
2
表明薄膜的致密度随着TiNb掺杂量的增加而增加. 纯 复合薄膜的力学性能.
MoS 薄膜的表现出低的硬度(0.28 GPa)和弹性模量 2.3 薄膜摩擦学性能
2
(28.29 GPa)，如图5(b)所示；相比而言，TiNb合金的掺入 MoS -TiNb复合薄膜在真空条件下的摩擦曲线
2
使得MoS -TiNb复合薄膜的硬度和弹性模量逐渐增 如图7(a)所示. 纯MoS 薄膜的平均摩擦系数为0.041；
2
2
加，最大硬度可达6.64 GPa，最大弹性模量可达84.85 GPa. MoS -5%TiNb复合薄膜的摩擦系数呈先上升后下降的
2
更高的硬度有利于提升薄膜的承载能力，而更大的弹 趋势，平均摩擦系数为0.048；MoS -10%TiNb复合薄膜
2
[32]
性模量意味着薄膜在受到外力时的形变量更小，有利 的曲线平稳，平均摩擦系数仅为0.010 ；然而MoS -
2
[24]
于提升薄膜的耐磨性 . 15%TiNb复合薄膜在摩擦开始阶段就润滑失效，表明
[25]
图6所示为制备的MoS -TiNb复合薄膜在结合力 金属化的复合薄膜不具有润滑性能 . 图7(b)所示为
2
测试后的划痕形貌光学照片. 可以看出，纯MoS 薄膜 不同MoS -TiNb复合薄膜的摩擦寿命和磨损率，可以
2
2
(a) (b)
8 100
1.2 MoS 2 MoS 2 -5%TiNb 84.85 6.64 82.89
MoS 2 -10%TiNb MoS 2 -15%TiNb 7
1.0 6 80
0.8 5 4.21 60
Load/mN 0.6 Hardness/GPa 4 36.91 40 Elastic modulus/GPa
0.4 3 28.29
2 1.27
0.2 1 20
0.28
0.0 0 0
MoS 2 -10%TiNb
0 100 200 300 400 MoS 2
Displacement/nm MoS 2 -5%TiNb MoS 2 -15%TiNb
Fig. 5 (a) Typical load-displacement curves and (b) hardness and elastic modulus of MoS 2 -TiNb composite films
图 5 MoS 2 -TiNb复合薄膜的(a)典型的载荷-位移曲线和(b)硬度和弹性模量

0 mm 1 2 3 4 5 6 z/μm
20
(a) MoS 2 15
L c =22.1 N 10
5
0
0 mm 1 2 3 4 5 6 z/μm
(b) MoS 2 -5%TiNb
L c =26.2 N 30
20
10
0
0 mm 1 2 3 4 5 6 z/μm
(c) MoS 2 -10%TiNb
L c =45.3 N 20
10
0
0 mm 1 2 3 4 5 6 z/μm
(d) MoS 2 -15%TiNb 20
L c =14.5 N
10
0
Fig. 6 Optical micrographs images of nano scratch tracks on MoS 2 -TiNb composite films
图 6 MoS 2 -TiNb复合薄膜划痕测试后的划痕形貌照片