[发明专利]一种二硫化钼自润滑复合涂层及其制备方法和用途

说明书

本申请公开了一种二硫化钼自润滑复合涂层及其制备方法和用途，属于固体润滑材料领域。所述二硫化钼自润滑复合涂层掺杂有Sb元素和Ag元素，其中Ag元素和Sb元素在复合涂层中的金属元素中的摩尔含量分别为0.1％～2％和0.5％～5％。所述二硫化钼自润滑复合涂层的制备方法包括：将含有硫源、钼源、银源和锑源的原料置于反应容器中，在含有还原性气体的气氛中通过化学气相沉积法制备。该复合涂层可用于特别是复杂形状和大尺寸构件表面的耐磨防腐。本申请所述二硫化钼自润滑复合涂层通过同时引入Sb和Ag而使MoS₂涂层组织更均匀致密，由此改善涂层的耐磨性；本申请所述制备方法可在大尺寸和复杂形状构件上实施，且对设备腐蚀性弱。

技术领域

本申请涉及一种二硫化钼自润滑复合涂层及其制备方法和用途，属于固体润滑材料领域。

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自润滑涂层可通过多种方法制备，例如物理气相沉积(PVD)、硫化电镀的Mo、加热包含液态Mo和S前体的化学溶液、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工艺来制备。在这些少量的CVD-MoS₂自润滑涂层的研究中，部分研究者利用Mo的卤化物如MoF₆、MoCl₅等和H₂S作为前体，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作为前体，涂层质量很差。

因此，本领域需要开发新的对设备腐蚀性弱，且涂层质量高的高可靠性CVD-MoS₂自润滑复合涂层。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种二硫化钼自润滑复合涂层，该复合涂层通过掺杂金属元素Sb和Ag，使得组织均匀致密，摩擦磨损性能优异。

所述二硫化钼自润滑复合涂层，其特征在于，该复合涂层掺杂有Sb元素和Ag元素；

其中，Ag元素在复合涂层中的金属元素中的摩尔含量Ag/(Ag+Sb+Mo)为0.1％～2％；Sb元素在复合涂层中金属元素中的摩尔含量Sb/(Ag+Sb+Mo)为0.5％～5％。

优选地，所述二硫化钼自润滑复合涂层的厚度为1～3μm，摩擦系数平均为0.1，在摩擦磨损测试下的寿命超过375min。

具体地，所述摩擦磨损测试通过美国Rtec-MFT多功能摩擦磨损试验机实施，其具体描述见于下文。