一种二硫化钼掺银的硫化薄膜及其制备方法与应用与流程

2021-02-01 22:02:02|

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本发明涉及一种二硫化钼掺银的硫化薄膜，特别涉及一种二硫化钼掺银的硫化薄膜及其制备方法，以及其硫化处理方法，可用于真空-大气环境下交变服役的基体表面，属于表面处理技术领域。

背景技术：

航天器和卫星在发射过程中需要经历大气-真空、高温高湿等复杂的环境条件，因此需开发出湿热环境抗氧化以及大气-真空环境自适应低摩擦的固体润滑涂层。mos2是典型的层状结构材料，它的分子层之间的力为弱的范德华键合力。沿(002)晶面滑动所需的剪切应力较低，表现出良好的固体润滑性能。但由于mos2抗湿性差，在高湿度环境下，二硫化钼涂层表面存在的悬键及层间边缘很容易与空气中的水和氧气发生反应生成的moo3阻碍了二硫化钼涂层的层间滑移，导致润滑性能的降低，呈现出较高的摩擦系数(0.15-0.3)。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种二硫化钼掺银的硫化薄膜及其制备方法，从而克服了现有技术中的不足。

本发明的另一目的还在于提供所述二硫化钼掺银的硫化薄膜的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种二硫化钼掺银的硫化薄膜，包括在其厚度方向上依次层叠的钛过渡层、钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层和二硫化钼/银掺杂硫化层。

本发明实施例还提供了前述二硫化钼掺银的硫化薄膜的制备方法，其包括：

采用磁控溅射技术，在基体表面依次沉积钛过渡层、钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层和二硫化钼/银掺杂硫化层，之后对所获复合薄膜进行高温硫化处理，获得所述二硫化钼掺银的硫化薄膜。

在一些优选实施例中，所述制备方法包括：采用磁控溅射技术，以钛靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钛靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在基体表面沉积得到钛过渡层。

在一些优选实施例中，所述制备方法包括：采用磁控溅射技术，以钛靶、二硫化钼靶、银靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钛靶和银靶施加靶电流，对二硫化钼靶施加溅射功率，对基体施加负偏压，从而在所述钛过渡层表面沉积得到钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层。

在一些优选实施例中，所述制备方法包括：采用磁控溅射技术，以二硫化钼靶、银靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对银靶施加靶电流，对二硫化钼靶施加溅射功率，对基体施加负偏压，从而在所述钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层表面沉积二硫化钼/银掺杂硫化层，获得复合薄膜。

在一些优选实施例中，所述制备方法包括：

对硫源进行预加热，以惰性气体作为载体，形成硫化反应气氛；

在所述硫化反应气氛中，对所述复合薄膜进行升温、保温和冷却的退火处理，从而完成高温硫化处理，获得所述二硫化钼掺银的硫化薄膜。

本发明实施例还提供了前述二硫化钼掺银的硫化薄膜在航空航天器件基体表面防护领域中的用途。

本发明实施例还提供了一种装置，包括基体，所述基体上还设置有前述二硫化钼掺银的硫化薄膜。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的二硫化钼掺银的硫化薄膜在真空、大气(40±3％rh)环境下均具有良好的摩擦磨损性能，具有良好耐湿热、抗氧化性能，之后经过高温硫气氛退火处理，进一步改善真空、大气环境下薄膜的润滑性能，能够满足航空航天飞行器润滑稳定以及长寿命服役要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例2制得的二硫化钼掺银的硫化薄膜硫化处理后的表面sem图；

图2是本发明实施例2制得的二硫化钼掺银的硫化薄膜硫化处理后的断面sem图；

图3是本发明实施例2制得的二硫化钼掺银的硫化薄膜硫化处理后大气环境下的摩擦系数图；

图4是本发明实施例2制得的二硫化钼掺银的硫化薄膜硫化处理后真空环境下的摩擦系数图。

具体实施方式

为了进一步提高二硫化钼基薄膜的耐湿热、抗氧化性能，许多研究者对mos2基薄膜进行了大量的研究。金属掺杂是一种有效提高mos2基润滑涂层摩擦学性能的一般认为掺杂软金属au、ag、pb可以与mos2形成协同润滑效应，降低复合涂层的摩擦系数。mos2基润滑涂层性能除了受体系中主要材料性能影响之外，还会明显受到制备工艺及其参数的影响。通过基底处理、施加偏压或热处理退火等手段可以改善mos2基润滑涂层使用的环境适应性。

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是提供一种在真空、大气环境下具有良好的抗氧化性能，良好力学和摩擦磨损性能的基于二硫化钼为主体掺杂银元素而成的二硫化钼掺银的硫化薄膜。之后经过高温硫化气氛退火处理，进一步改善真空、大气环境下薄膜的润滑性能。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系一种二硫化钼掺银的硫化薄膜，其包括在所述二硫化钼掺银的硫化薄膜厚度方向上依次层叠的钛过渡层、钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层和二硫化钼/银掺杂硫化层。

在一些优选实施例中，所述二硫化钼掺银的硫化薄膜中银(ag)原子的百分比含量为4～20at％。

进一步地，所述钛过渡层的厚度为100～150nm。

进一步地，所述钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层的厚度为150～220nm。

进一步地，所述二硫化钼/银掺杂硫化层的厚度为2.2～2.8μm。

进一步地，所述二硫化钼掺银的硫化薄膜的厚度为2～3.5μm。

进一步地，所述二硫化钼掺银的硫化薄膜在大气常温下的摩擦系数为0.05～0.08。

进一步地，自基体面起，依次包含一层钛过渡层厚度约为100～150nm，钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层厚度约为150～220nm，二硫化钼/银掺杂硫化层的厚度约为2.2～2.8μm。

作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系前述二硫化钼掺银的硫化薄膜的制备方法，其包括：采用磁控溅射技术，在基体表面依次沉积钛过渡层、钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层和二硫化钼/银掺杂硫化层，之后对所获复合薄膜进行高温硫化处理，获得所述二硫化钼掺银的硫化薄膜。

在一些实施方案中，所述制备方法包括：第一步采用非平衡磁控溅射技术，在基体表面依次沉积钛过渡层、钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层和二硫化钼/银掺杂硫化层，获得二硫化钼掺银的硫化薄膜。第二步真空后惰性气氛高温硫化处理。

在一些实施方案中，所述制备钛过渡层的方法包括：采用磁控溅射技术，以钛靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钛靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在基体表面沉积得到钛过渡层，其中，所述靶电流为3.0～5.0a，基体偏压为-50～-100v，工作气体流量为12～16sccm，基体温度为80～120℃，反应腔室压强为1.0～3.0×10^-3torr，沉积时间为100～120s。

进一步地，所述惰性气体包括氩气，但不限于此。

进一步地，所述钛过渡层的厚度约为100～150nm。

在一些实施方案中，所述制备钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层的方法包括：采用磁控溅射技术，以钛靶、二硫化钼靶、银靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钛靶和银靶施加靶电流，对二硫化钼靶施加溅射功率，对基体施加负偏压，从而在所述钛过渡层表面沉积得到钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层，其中，施加于钛靶上的靶电流从3.0～5.0a逐渐减小至0，施加于二硫化钼靶上的溅射功率从0逐渐增加为0.73～0.97kw，施加于银靶上的靶电流从0逐渐增加为0.3～1.0a，基体偏压为-50～-70v，工作气体流量为12～16sccm，基体温度为80～120℃，反应腔室压强为1.0～3.0×10^-3torr，沉积时间为100～120s。

进一步地，所述惰性气体优选为氩气，但不限于此。

进一步地，所述钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层的厚度约为150～220nm。

在一些实施方案中，所述制备二硫化钼/银掺杂硫化层的方法包括：采用磁控溅射技术，以二硫化钼靶、银靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对银靶施加靶电流，对二硫化钼靶施加溅射功率，对基体施加负偏压，从而在所述钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层表面沉积二硫化钼/银掺杂硫化层，获得复合薄膜，其中，施加于二硫化钼靶上的溅射功率为0.73～0.97kw，施加于银靶上的靶电流为0.3～1.0a，基体偏压为-50～-70v，工作气体流量为12～16sccm，基体温度为80～120℃，反应腔室压强为1.0～3.0×10^-3torr，沉积时间为6500～8000s。

进一步地，所述惰性气体优选为氩气，但不限于此。

进一步地，所述二硫化钼/银掺杂硫化层的厚度为2.2～2.8μm。

进一步地，所述二硫化钼掺银的硫化薄膜的厚度为2～2.5μm。

在一些实施方案中，所述制备方法包括：

对硫源进行预加热，以惰性气体作为载体，形成硫化反应气氛；

在所述硫化反应气氛中，对所述复合薄膜进行升温、保温和冷却的退火处理，从而完成高温硫化处理，获得所述二硫化钼掺银的硫化薄膜。

进一步地，所述高温硫化处理还包括：将气氛炉抽真空至真空度在2×10^-1pa以下，先对炉管内部进行3-5次的氩气洗气处理。

进一步地，所述预加热的温度为180～230℃。

进一步地，所述惰性气体包括氩气，惰性气体流量为50～150sccm。

进一步地，所述退火处理的工艺条件包括：升温速率为5～10℃/min，保温温度为200～400℃，保温时长为2～4h，冷却速率为5～10℃/min。

进一步地，所述真空退火热处理工艺包括在所述退火过程中依次进行氩气洗气处理，s源蒸发及传输过程，薄膜的升温、保温及冷却过程。

其中，在一些更为具体的实施案例之中，所述二硫化钼掺银的硫化薄膜的制备方法是采用磁控溅射沉积，具体包括如下步骤：

(1)钛靶溅射电流为3～5a，基体偏压为-50～-100v，工作气体为ar，工作气体流量为12～16sccm，沉积基底温度为80～120℃，压强为1.0～3.0×10^-3torr，沉积时间为100～120s，在基体表面沉积钛过渡层；

(2)钛靶上的靶电流从3.0～5.0a逐渐减小至0a，同时逐渐增加二硫化钼靶溅射功率至0.73～0.97kw，增加银靶溅射电流至0.3～1.0a，工作气体为ar，工作气体流量为12～16sccm，基体偏压为-50～-70v，沉积基底温度为80～120℃，压强为1.0～3.0×10^-3torr，沉积时间为100～120s，在钛过渡层表面沉积钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层厚度约150～220nm；

(3)保持二硫化钼靶靶溅射功率为0.73～0.97kw，银靶电流为0.3～1.0a，直至二硫化钼/银掺杂硫化层总厚度达到2.2～2.8μm，获得复合薄膜。

在一些更为具体的实施案例之中，本发明采用真空退火硫源蒸发处理工艺，具体包括：采用预热炉对炉管内s粉进行加热，以惰性气体为载气，得到s反应气氛，预热炉加热温度为180～230℃。待s反应气氛稳定后，对二硫化钼掺银的硫化薄膜进行升温、保温和冷却的退火处理，所述退火处理包括：升温速率为5～10℃/min，保温温度为200～400℃，保温时长为2～4h，冷却速率为5～10℃/min。

本案发明人还对前述制备的复合薄膜进行了高温硫化气氛退火处理和摩擦学性能测试：

高温硫化气氛退火处理，采用多温区管式炉，经过3-5次氩气洗气处理，升温速率为5～10℃/min，保温温度为200～400℃，保温时长为2～4h，冷却速率为5～10℃/min。测试结果：硫化处理可以明显提升薄膜内s/mo之比，真空环境下最优薄膜摩擦系数为0.01，大气常温下最优薄膜摩擦系数为0.05。

在一些实施方案中，所述制备方法还包括：将反应腔体预抽真空至真空度在3×10^-5torr以下。

进一步地，所述制备方法还包括：将反应腔体抽至预定真空度(3×10^-5torr以下)后，先对基体表面清洗，之后进行等离子体刻蚀处理，其具体刻蚀方法是对基体施加-400～-500v的偏压，刻蚀基体温度为100～150℃，刻蚀时间为1200～1800s。

进一步地，所述的基体材料不限，可以为1cr18ni9、tc4或单晶硅片等，但不限于此。

作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系由前述方法制备的二硫化钼掺银的硫化薄膜。

作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系前述的二硫化钼掺银的硫化薄膜在大气环境下航空航天器件基体表面防护领域中的用途。

进一步地，所述的基体材料不限，可以为1cr18ni9、tc4或单晶硅片等，但不限于此。

作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系一种装置，包括基体，所述基体上还设置有前述的二硫化钼掺银的硫化薄膜。

进一步地，所述的基体材料不限，可以为1cr18ni9、tc4或单晶硅片等，但不限于此。

进一步地，所述装置包括航空航天飞行器，但不限于此。

综上，藉由上述技术方案，本发明提供的二硫化钼掺银的硫化薄膜在真空-大气(40±3％rh)环境下均具有良好的摩擦磨损性能，之后经过高温s化气氛退火处理，进一步改善真空、大气环境下薄膜的润滑性能，能够满足航空航天飞行器润滑稳定以及长寿命服役要求。

下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件。

实施例1

本实施例中，基体材料为1cr18ni9、tc4或单晶硅片。采用磁控溅射技术，在基体表面制备二硫化钼掺银的硫化薄膜，主要包括以下步骤：

对基体表面进行机械抛光处理，将基体材料放入丙酮溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干后放入无水乙醇溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干。

将清洗处理后的基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度低于5×10^-4torr，然后溅射清洗靶材30min，基体温度为100-150℃。

制备沉积二硫化钼掺银的硫化薄膜，腔体内充入高纯度氩气，采用ti靶材(纯度为99.99at.％)mos2靶材(纯度为99.9at.％)和ag靶材(纯度为99.99at.％)布控设置，采用磁控溅射技术，具体步骤如下：

(1)等离子体刻蚀，对基片施加-500v的偏压，程序运行时间为30min，基体温度为100℃。

(2)钛靶溅射电流为3.0a，基体偏压为-70v，工作气体为ar，气流量为16sccm，沉积基底温度为80℃，压强为3.0×10^-3pa，沉积时间为120s，在基体表面沉积钛过渡层，厚度约为100nm；

(3)逐渐减小钛靶溅射电流至0a，同时逐渐增加二硫化钼靶的溅射功率至0.73kw，增加银靶溅射电流至0.3a，工作气体为ar，气流量为16sccm，基体偏压为-50v，沉积基底温度为100℃，压强为1.3×10^-3torr，沉积时间为120s，在钛过渡层表面沉积钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层的厚度约为150nm；

(4)保持二硫化钼靶溅射功率为0.73kw，银靶电流为0.3a，其余条件不变，沉积时间为7000s，直至二硫化钼/银掺杂硫化层的总厚度达到2.2μm。

(5)高温s化气氛退火处理，采用多温区管式炉，经过3-5次氩气洗气处理，升温速率为5-10℃/min，保温温度为200℃，保温时长为2h，冷却速率为5-10℃/min。制得二硫化钼掺银的硫化薄膜样品的具体成分参数如表1所示。

将上述沉积处理后制二硫化钼掺银的硫化薄膜进行如结构性能测试：

(1)结构测试：采用扫描电子显微镜测试。

(2)大气(40±3％rh)环境下摩擦磨损性能测试：

采用csm摩擦试验机进行摩擦学性能分析，在大气湿度为40±3％rh，测试温度为25℃进行摩擦学性能分析。使用gcr15钢球作为对偶球，采用往复滑动方式，频率为5hz，轨道长度为5mm，运行18000转，法向加载为5n。

(3)真空环境下摩擦磨损性能测试：

采用csm摩擦试验机进行摩擦学性能分析，在真空环境下进行摩擦学性能分析。使用gcr15钢球作为对偶球，采用往复滑动方式，频率为5hz，轨道长度为5mm，运行18000转，法向加载为5n。

实施例2

本实施例中，基体材料为1cr18ni9、tc4或单晶硅片。采用磁控溅射技术，在基体表面制备二硫化钼掺银的硫化薄膜，主要包括以下步骤：

对基体表面进行机械抛光处理，将基体材料放入丙酮溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干后放入无水乙醇溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干。

将清洗处理后的基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度低于5×10^-4torr，然后溅射清洗靶材30min，基体温度为100-150℃。

制备沉积二硫化钼掺银的硫化薄膜，腔体内充入高纯度氩气，采用ti靶材(纯度为99.99at.％)mos2靶材(纯度为99.9at.％)、和ag靶材(纯度为99.99at.％)布控设置，采用磁控溅射技术，具体步骤如下：

(1)等离子体刻蚀，对基片施加-400v的偏压，程序运行时间为30min，基体温度为100℃。

(2)钛靶溅射电流为4.0a，基体偏压为-100v，工作气体为ar，气流量为12sccm，沉积基底温度为120℃，压强为1.0×10^-3torr，沉积时间为120s，在基体表面沉积钛过渡层，厚度约为150nm；

(3)逐渐减小钛靶溅射电流至0a，同时逐渐增加二硫化钼靶的溅射功率至0.87kw，增加银靶溅射电流至0.6a，工作气体为ar，气流量为16sccm，基体偏压为-50v，沉积基底温度为80℃，压强为1.0×10^-3torr，沉积时间为110s，在钛过渡层表面沉积钛/银/二硫化钼梯度过渡层厚度约170nm；

(4)保持二硫化钼靶溅射功率为0.87kw，银靶电流为0.6a，其余条件不变，沉积时间为8000s，直至二硫化钼/银掺杂硫化层的总厚度达到2.5μm。

(5)高温s气氛退火处理，采用多温区管式炉，经过3-5次氩气洗气处理，升温速率为5-10℃/min，保温温度为200℃，保温时长为3h，冷却速率为5-10℃/min。制得二硫化钼掺银的硫化薄膜样品的具体成分参数如表1所示。

将上述沉积处理后制二硫化钼掺银的硫化薄膜进行如结构性能测试：

(1)结构测试：采用扫描电子显微镜测试，请参阅图1和图2所示，图1为表面sem图，图2为断面sem图。

(2)大气(40±3％rh)环境下摩擦磨损性能测试：

采用csm摩擦试验机进行摩擦学性能分析，在大气湿度为40±3％rh，测试温度为25℃进行摩擦学性能分析。使用gcr15钢球作为对偶球，采用往复滑动方式，频率为5hz，轨道长度为5mm，运行18000转，法向加载为5n，请参阅图3所示，为二硫化钼掺银的硫化薄膜硫化处理后大气环境下的摩擦系数图。

(3)真空环境下摩擦磨损性能测试：

采用csm摩擦试验机进行摩擦学性能分析，在真空环境下进行摩擦学性能分析。使用gcr15钢球作为对偶球，采用往复滑动方式，频率为5hz，轨道长度为5mm，运行18000转，法向加载为5n，图4所示，为二硫化钼掺银的硫化薄膜硫化处理后真空环境下的摩擦系数图。

实施例3

本实施例中，基体材料为1cr18ni9、tc4或单晶硅片。采用磁控溅射技术，在基体表面制备二硫化钼掺银的硫化薄膜，主要包括以下步骤：

对基体表面进行机械抛光处理，将基体材料放入丙酮溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干后放入无水乙醇溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干。

将清洗处理后的基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度低于5×10^-4torr，然后溅射清洗靶材30min，基体温度为100-150℃。

制备沉积二硫化钼掺银的硫化薄膜，腔体内充入高纯度氩气，采用ti靶材(纯度为99.99at.％)、mos2靶材(纯度为99.9at.％)和ag靶材(纯度为99.99at.％)布控设置，采用磁控溅射技术，具体步骤如下：

(1)等离子体刻蚀，对基片施加-450v的偏压，程序运行时间为20min，基体温度为120℃。

(2)钛靶溅射电流为3.0a，基体偏压为-50v，工作气体为ar，气流量为14sccm，沉积基底温度为100℃，压强为1.8×10^-3torr，沉积时间为100s，在基体表面沉积钛过渡层，厚度约为110nm；

(3)逐渐减小钛靶溅射电流至0a，同时逐渐增加二硫化钼靶溅射功率至0.97kw，增加银靶溅射电流至0.8a，工作气体为ar，气流量为12sccm，基体偏压为-60v，沉积基底温度为110℃，压强为2.0×10^-3torr，沉积时间为105s，在钛过渡层表面沉积钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层的厚度约180nm；

(4)保持二硫化钼靶溅射功率为0.97kw，银靶电流为0.8a，其余条件不变，沉积时间为6500s，直至二硫化钼/银掺杂硫化层的总厚度达到2.6μm。

(5)高温s气氛退火处理，采用多温区管式炉，经过3-5次氩气洗气处理，升温速率为5-10℃/min，保温温度为300℃，保温时长为4h，冷却速率为5-10℃/min。制得二硫化钼掺银的硫化薄膜样品具体成分参数如表1所示。

将上述沉积处理后制二硫化钼掺银的硫化薄膜进行如下硫化处理和测试：

(1)结构测试：采用扫描电子显微镜测试。

(2)大气(40±3％rh)环境下摩擦磨损性能测试：

(3)真空环境下摩擦磨损性能测试：

实施例4

本实施例中，基体材料为1cr18ni9、tc4或单晶硅片。采用磁控溅射技术，在基体表面制备二硫化钼掺银的硫化薄膜，主要包括以下步骤：

对基体表面进行机械抛光处理，将基体材料放入丙酮溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干后放入无水乙醇溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干。

将清洗处理后的基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度低于5×10^-4torr，然后溅射清洗靶材30min，基体温度为100-150℃。

(1)等离子体刻蚀，对基片施加-400v的偏压，程序运行时间为25min，基体温度为150℃。

(2)钛靶溅射电流为5.0a，基体偏压为-70v，工作气体为ar，气流量为16sccm，沉积基底温度为120℃，压强为3.0×10^-3torr，沉积时间为120s，在基体表面沉积钛过渡层，厚度约为150nm；

(3)逐渐减小钛靶溅射电流至0a，同时逐渐增加二硫化钼靶溅射功率至0.97kw，增加银靶溅射电流至1.0a，工作气体为ar，气流量为14sccm，基体偏压为-70v，沉积基底温度为120℃，压强为3.0×10^-3torr，沉积时间为100s，在钛过渡层表面沉积钛/银/二硫化钼多层梯度过渡层的厚度约220nm；

(4)保持二硫化钼靶溅射功率为0.97kw，银靶电流为1.0a，其余条件不变，沉积时间为6500s，直至二硫化钼/银掺杂硫化层的总厚度达到2.8μm。

(5)高温s气氛退火处理，采用多温区管式炉，经过3-5次氩气洗气处理，升温速率为5-10℃/min，保温温度为400℃，保温时长为4h，冷却速率为5-10℃/min。制得二硫化钼掺银的硫化薄膜样品具体成分参数如表1所示。

将上述沉积处理后制二硫化钼掺银的硫化薄膜进行如下硫化处理和测试：

(1)结构测试：采用扫描电子显微镜测试。

(2)大气(40±3％rh)环境下摩擦磨损性能测试：

(3)真空环境下摩擦磨损性能测试：

对照例1

本实施例中，基体材料为1cr18ni9、tc4或单晶硅片。采用磁控溅射技术，在基体表面制备二硫化钼薄膜，主要包括以下步骤：

对基体表面进行机械抛光处理，将基体材料放入丙酮溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干后放入无水乙醇溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干。

将清洗处理后的基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度低于5×10^-4torr，然后溅射清洗靶材30min，基体温度为100-150℃。

制备沉积二硫化钼薄膜，腔体内充入高纯度氩气，采用ti靶材(纯度为99.99at.％)和mos2靶材(纯度为99.9at.％)布控设置，采用磁控溅射技术，具体步骤如下：

(1)等离子体刻蚀，对基片施加-500v的偏压，程序运行时间为30min，基体温度为150℃。

(2)钛靶溅射电流为5.0a，基体偏压为-70v，工作气体为ar，气流量为16sccm，沉积基底温度为120℃，压强为1.0-3.0×10^-3torr，沉积时间为120s，在基体表面沉积钛过渡层。

(3)逐渐减小钛靶溅射电流至0a，同时逐渐增加二硫化钼靶溅射功率至0.97kw，工作气体为ar，气流量为16sccm，基体偏压为-70v，沉积基底温度为110℃，压强为1.0-3.0×10^-3torr，沉积时间为120s，在钛过渡层表面沉积钛/二硫化钼梯度过渡层厚度约150-170nm；

(4)保持二硫化钼靶溅射功率为0.97kw，直至二硫化钼总厚度达到2.5μm。

制得二硫化钼薄膜样品具体成分参数如表1所示。

(5)高温s气氛退火处理，采用多温区管式炉，经过3-5次氩气洗气处理，升温速率为5-10℃/min，保温温度为400℃，保温时长为2h，冷却速率为5-10℃/min。

制得二硫化钼薄膜样品具体成分参数如表1所示。

将上述沉积处理后制二硫化钼薄膜进行如下硫化处理和测试：

(1)结构测试：采用扫描电子显微镜测试。

(2)大气(40±3％rh)环境下摩擦磨损性能测试：

(3)真空环境下摩擦磨损性能测试：

对照例2

本对照例与实施例1相比，不同之处在于没有高温硫化过程，本实施例中，基体材料为1cr18ni9、tc4或单晶硅片。采用磁控溅射技术，在基体表面制备二硫化钼掺银的复合薄膜，主要包括以下步骤：

对基体表面进行机械抛光处理，将基体材料放入丙酮溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干后放入无水乙醇溶液中进行超声清洗15分钟，氮气吹干。

将清洗处理后的基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度低于5×10^-4torr，然后溅射清洗靶材30min，基体温度为100-150℃。

(1)等离子体刻蚀，对基片施加-500v的偏压，程序运行时间为30min，基体温度为100℃。

(4)保持二硫化钼靶溅射功率为0.73kw，银靶电流为0.3a，其余条件不变，沉积时间为7000s，直至二硫化钼/银掺杂层的总厚度达到2.2μm。

制得二硫化钼掺银的复合薄膜样品的具体成分参数如表1所示。

将上述沉积处理后制二硫化钼掺银的复合薄膜进行如结构性能测试：

(1)结构测试：采用扫描电子显微镜测试。

(2)大气(40±3％rh)环境下摩擦磨损性能测试：

(3)真空环境下摩擦磨损性能测试：

实施例1-4与对照例1-2中通过不同ag靶材电流制得的四种薄膜元素成分含量如下表1所示，并根据ag元素原子百分比命名如下：mos2、mos2/ag、mos2/ag-1、mos2/ag-2、mos2/ag-3、mos2/ag-4。

表1：薄膜样品的成分参数表

表1可以看出所沉积的薄膜的含氧量均较低，主体为mos2，符合润滑功能薄膜的要求。

实施例1-4与对照例1-2中mos2、mos2/ag、mos2/ag-1、mos2/ag-2、mos2/ag-3、mos2/ag-4薄膜的摩擦系数如表2所示。由表1可知，实施例2的薄膜在大气和真空环境下均具有最佳的摩擦系数。

表2：薄膜样品摩擦系数表

图1和图2是本发明实施例2制得的mos2/ag-2薄膜经过硫化后的表面和截面sem图。

图3是本发明实施例2制得的薄膜在大气环境下摩擦系数图。图4是本发明实施例2制得的薄膜在真空环境下摩擦系数图。

综上所述，本发明提供的二硫化钼掺银的硫化薄膜在真空、大气(40±3％rh)环境下均具有良好的摩擦磨损性能，具有良好耐湿热、抗氧化性能，之后经过高温硫气氛退火处理，进一步改善真空、大气环境下薄膜的润滑性能，能够满足航空航天飞行器润滑稳定以及长寿命服役要求。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

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