纳米结构对二硫化钼摩擦学性能的影响

摘要

目的探究二硫化钼结构以及尺寸对其宏观摩擦学性能以及滑移机制的影响。方法采用水热法制备了尺寸不同的二硫化钼微球花,并与购买的商业化块状二硫化钼以及单层二硫化钼进行对比,将四种二硫化钼粉末在乙醇中进行分散,采用喷涂的方式在硅基底上制备了四种二硫化钼涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对粉末和涂层的形貌、结构进行了表征,并对比研究了涂层的摩擦学性能,通过光学显微镜观察了对偶的形貌,利用SEM和TEM对摩擦界面的结构和形貌进行了研究。结果四种二硫化钼材料均为层状结构的纳米片或微片组成,摩擦系数平稳且均小于0.05。块状二硫化钼寿命最短,摩擦界面覆盖了较少的润滑膜;单层二硫化钼摩擦系数平稳,且寿命最长,摩擦界面由大量纳米片组成,摩擦过程主要是单纯的物理剥离;二硫化钼微球花的寿命介于二者之间,微球花在摩擦力的作用下很容易发生剥离,在摩擦过程中起润滑作用的是剥离的二硫化钼纳米片,摩擦界面覆盖了较厚的致密润滑膜。二硫化钼微球花摩擦后,层间距由0.62 nm增至0.7 nm,层间距的增大有利于良好的润滑。结论尺寸对二硫化钼的滑移机制有影响,从而显著影响其耐磨寿命,层数和尺寸的减小有利于耐磨寿命的提升。