[发明专利]一种稀土钇掺杂的二硫化钼自润滑复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种稀土钇掺杂的二硫化钼自润滑复合涂层及其制备方法。具体地，本发明的二硫化钼自润滑复合涂层中掺杂稀土元素钇，其中，所述的复合涂层中的钇元素摩尔含量为0.1％～5％，按所述复合涂层的总摩尔量计。本发明采用升华硫(S)、六水合氯化钇(YCl₃·6H₂O)和三氧化钼(MoO₃)粉为原料，利用化学气相沉积工艺制备稀土钇掺杂的二硫化钼自润滑复合涂层。本发明的二硫化钼自润滑涂层具有良好的耐磨性和自润滑性，以及优异的绕镀性，可以在形状的大尺寸复杂工件上实施涂层沉积。

技术领域

本发明涉及固体润滑材料领域，具体地，涉及一种稀土钇掺杂的二硫化钼自润滑涂层及其制备方法。所述的二硫化钼自润滑涂层可用于减小微机械电子系统以及航天航空工业中的摩擦磨损，提高其性能和寿命。

背景技术

二硫化钼(MoS₂)作为一种优良的固体润滑材料，在超固体润滑领域具有很高的应用价值，特别是在减小微机械电子系统以及航天航空工业中的摩擦磨损，提高其性能和寿命方面，基于MoS₂的超固体润滑技术具有很强的应用空间。

由于具有类似石墨的叠层状结构，MoS₂作为自润滑固体润滑剂在高温和真空环境下被广泛应用。相应地，MoS₂自润滑涂层也受到越来越多的重视。虽然MoS₂自润滑涂层可通过很多方法制备，如物理气相沉积(PVD)、硫化电镀的Mo、加热包含液态Mo和S先驱体的化学溶液、化学气相沉积(CVD)，以及金属-有机物CVD(MOCVD)。但在这些制备工艺中，使用最多的还是PVD。在PVD的MoS₂涂层中，目前研究较多的是过渡金属掺杂的MoS₂涂层，如Ti、Ni、Au等掺杂的MoS₂涂层，但是稀土元素，尤其是性能优异的稀土元素钇掺杂的MoS₂涂层至今仍未见相关的研究报道。同时，与PVD相比，CVD有一些特有的优点，例如，CVD的绕镀性可使涂层组织均匀，能在具有内孔的大尺寸复杂工件上随型生长；其次，可通过CVD联合沉积工艺使MoS₂均匀扩散并弥散分布到硬的CVD碳化物和氮化物薄膜中，这种类型的自润滑复合涂层在高温下具有优异的耐磨特性。另外，在制备陶瓷复合薄膜方面，CVD已被广泛使用。

然而，MoS₂自润滑涂层却很少使用CVD工艺制备。在这少量的CVD-MoS₂自润滑涂层研究中，部分研究者利用Mo的卤化物如MoF₆、MoCl₅等和H₂S作为先驱体，导致设备容易受到腐蚀；另外个别研究者利用碳酸钼(Mo(CO)₆)、含Mo有机物(Mo(S-t-Bu)₄)等和H₂S作为先驱体，涂层质量很差。

因此，本领域需要开发新的对设备腐蚀性弱，且涂层质量高的钇掺杂的高性能CVD-MoS₂自润滑复合涂层。

发明内容

本发明的目的是通过稀土钇掺杂，获得组织均匀致密，摩擦磨损性能优异的二硫化钼自润滑复合涂层。

本发明的第一方面提供了一种二硫化钼自润滑复合涂层，所述的复合涂层掺杂稀土元素钇，其中，所述的复合涂层中的钇元素摩尔含量为0.1％～5％，按所述复合涂层的总摩尔量计。

在另一优选例中，所述的复合涂层的厚度为1～3μm。

在另一优选例中，所述的复合涂层的摩擦系数为0.05～0.30。

在另一优选例中，用于制备所述的复合涂层的组分包括：

组分(a)：硫粉、含硫气源、或其组合；

组分(b)：钼氧化物、钼盐、含钼金属有机物、或其组合；和