Page 160 - 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 1557

拉曼光谱分析. 图9(b)所示为摩擦轨道内部的Raman 这表明薄膜从大气再次进入真空时会快速诱导产生
光谱，可以看出在真空或者大气-真空条件下，轨道内 MoS ，使其摩擦学性能得到恢复.
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薄膜呈现出强烈的MoS 信号，这表明摩擦过程中会 进一步对不同环境条件下摩擦后的轨道截面区
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在无定型MoS -10%TiNb复合薄膜的诱导下产生具有 域进行了TEM表征和分析，结果如图10所示. 通过薄
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结晶性的MoS 界面层，但是，在大气或真空-大气条件 膜厚度的变化可以判断出在经过摩擦试验之后薄膜
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下，摩擦轨道内部并无明显的MoS 信号，表面空气的 表面均有磨损，且在大气条件下的磨损更为严重(厚
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存在不利于诱导产生高结晶度的MoS . 对比不同条件 度为1.56 μm)，这与图9(a)中SEM观测到的摩擦轨迹
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下的摩擦对偶钢球表面转移膜的Raman光谱，如图9(c) 形貌变化规律是一致的. 进而利用高分辨TEM分析了
所示，可以看出在不同的条件下，转移膜的组成均是 在不同环境条件下摩擦试验之后的轨道表面及其内
具有结晶性的MoS ，大气条件下转移膜结晶性低于 部的晶体结构，其中，在大气条件下摩擦之后的轨道
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真空条件下转移膜的结晶性，这是该薄膜在大气环境 内部仅存在单层结晶MoS ，如图10(a1)所示；而在真
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条件下的摩擦学性能低于真空环境条件下的主要原 空条件下摩擦之后的轨道内部存在较厚的高结晶度
因. 图9(d)所示为磨屑的Raman光谱结果，分析可知， 的MoS 层(~200 nm)，该层的形成是真空条件下超低
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在真空或者大气-真空条件下，磨屑的主要成分是MoS ， 摩擦系数产生的主要原因，如图10(b1)所示；然而，在
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而在大气或者真空-大气条件下，磨屑的主要成分是 大气-真空条件下摩擦后的轨道表面也能够形成1个
钼的氧化物MoO ，表明在有空气存在的条件下MoS 2 较薄高结晶度的MoS 层(~100 nm)，该层中的结晶的
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x
更容易发生氧化. 值得注意的是，在大气-真空条件下， MoS 呈洋葱卷曲状，且存在1个无定型物质的核心，
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摩擦轨道、转移膜和磨屑中均含有结晶度较高的MoS ， 如图10(c1)所示，这可能是空气中摩擦产生氧化物颗
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(a) Air (b) Vacuum (c) Air-Vacuum (d) Vacuum-Air

1.71 μm
b1 c1
a2 1.63 μm
a1
d1
b2 d2
1.56 μm
1.28 μm
200 nm 200 nm 200 nm 200 nm
c2
(a1) (b1) (c1) Friction-induced (d1)
Pt
protect layer crystalline MoS 2

Monolayer
High crystalline Multilayer MoS 2
MoS 2
MoS 2 Core
10 nm 10 nm 10 nm 10 nm
Amorphous
(a2) (b2) (c2) (d2)

2 1/nm 2 1/nm 2 1/nm 2 1/nm
MoS 2 (110) MoS 2 (003) MoS 2 (003) MoS 2 (010)

10 nm 10 nm 10 nm 10 nm

Fig. 10 Cross-sectional and high-resolution TEM images of MoS 2 -10%TiNb composite films after friction tests under (a) air,
(b) vacuum, (c) air-vacuum, and (d) vacuum-air conditions
图 10 MoS 2 -10%TiNb复合薄膜在(a) 大气、(b) 真空、(c) 大气-真空和(d) 真空-大气条件下
进行摩擦试验后的轨道截面及其高分辨TEM照片