[发明专利]一种掺杂的硫化物复合薄膜及其制备方法、含有掺杂的硫化物复合薄膜的工件

说明书

本发明涉及一种掺杂的硫化物复合薄膜及其制备方法、含有掺杂的硫化物复合薄膜的工件，该掺杂的硫化物复合薄膜由掺杂元素和硫化物组成，掺杂元素为Ce和Al，硫化物为WS₂或MoS₂；掺杂元素Ce的质量百分比为6.11‑14.27%，掺杂元素Al的质量百分比为1.13‑10.26%，余量为硫化物。本发明掺杂的硫化物复合薄膜力学性能得到了增强，继而表现出优异的耐磨损性能；该Ce和Al共掺杂的硫化物基复合薄膜的结晶强度较高，硬度和弹性模量均提高300%以上。

技术领域

本申请涉及表面工程技术领域，具体涉及一种掺杂的硫化物复合薄膜及其制备方法、含有掺杂的硫化物复合薄膜的工件。

背景技术

硫化物薄膜因其优异的润滑特性而受到了广泛的研究关注，如WS₂薄膜、MoS₂薄膜。然而硫化物薄膜还存在许多不足之处，如WS₂薄膜的孔隙率较高，硬度较低、膜基结合力低，影响了WS₂薄膜在要求高承载力场合的应用；MoS₂薄膜在大气和富氧环境下的摩擦过程中容易被氧化，导致MoS₂薄膜摩擦性能急剧下降，继而失去润滑作用，严重影响了MoS₂薄膜在大气环境下的工程应用；同时MoS₂薄膜较高的孔隙率和与金属基体较低的相容性，又导致MoS₂薄膜力学性能欠佳。

有研究表明，在硫化物薄膜中添加金属元素可以改善膜层结构，降低摩擦系数，提高其力学及耐磨性能。在硫化物薄膜中掺杂稀土元素可以提高薄膜的综合性能，特别是热稳定性、耐磨性，如授权公告号为CN1043366C的中国专利中公开了一种共溅射固体润滑薄膜，该薄膜采用如下成分的复合靶共溅射制得：二硫化钼85％～95％，金或金-钯合金3％～12％，氟化铈或氟化镧0.2％～5％(重量)。

但是现有技术中的掺杂的硫化物基薄膜存在硬度低、摩擦系数高、磨损率高的问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种掺杂的硫化物复合薄膜，以解决现有技术中硫化物薄膜硬度低、摩擦系数高、磨损率高的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种掺杂的硫化物复合薄膜的制备方法，以解决现有技术中制备方法复杂化、成本高的问题。

本发明的第三个目的在于提供一种含有掺杂的硫化物复合薄膜的工件，提高工件的使用寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种掺杂的硫化物复合薄膜，由掺杂元素和硫化物组成，掺杂元素为Ce和Al，硫化物为WS₂或MoS₂；掺杂元素Ce的质量百分比为6.11-14.27％，掺杂元素Al的质量百分比为1.13-10.26％，余量为硫化物。

本发明的掺杂的硫化物复合薄膜，由掺杂元素和硫化物组成，掺杂元素为Ce和Al，硫化物为WS₂或MoS₂，同时控制掺杂元素Ce和掺杂元素Al的质量百分比；具有特定质量百分比的掺杂的硫化物复合薄膜有效抑制了硫化物薄膜柱状晶的快速生长，消除了成膜粒子在快速扩散时形成的孔洞，使复合薄膜的力学性能得到了增强，继而表现出优异的耐磨损性能；该二元(Ce和Al)共掺杂的硫化物基复合薄膜的结晶强度较高，硬度和弹性模量均提高300％以上。

一种掺杂的硫化物复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

采用磁控溅射法在预热处理后的基体表面沉积掺杂的硫化物复合薄膜，冷却，即得。