Ag、Cu 掺杂MoCN 薄膜结构及摩擦性能的研究

范军，钱建国，蒲吉斌

（1.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所 海洋新材料与应用技术重点实验室，浙江 宁波 315201；2.中国科学院大学，北京 100049；3.宁波大学 机械工程与力学学院，浙江 宁波 315211）

接触件大约一半的能量以各种摩擦形式耗散，航空发动机、刷丝密封圈等高新技术零部件的摩擦防护一直是科研工作者研究的热点，研究发现，宽温域固体润滑材料可以有效提高这些零部件的摩擦磨损性能[1-3]。目前，单一润滑相的润滑材料难以同时满足从室温至高温这种宽温度范围的润滑效果，而掺杂多润滑相及在薄膜表面原位自生润滑相的协同作用是实现宽温域、低摩擦系数的关键技术途径之一[4-5]。

过渡金属碳氮化物具有优异的力学性能。其中，MoCN 薄膜的硬度可达到28 GPa，高于纯MoC 或MoN 薄膜[6-7]。高温条件下，MoCN 薄膜能够形成具有润滑作用的易剪切相（MoOx），而在低温条件下，由于存在sp2杂化碳，减少了清洁表面悬空的σ 键，避免了接触点之间强烈的表面粘合作用，使MoCN薄膜在宽温域环境下具有良好的摩擦磨损性能[8-10]。然而，相对于MoCN 薄膜在高温（700 ℃）和室温优异的摩擦学性能，其在中温段的摩擦性能仍然较差。由于软金属银和铜具有较低的临界剪切强度，且易于在中高温条件下与其他材料形成易剪切相（如CuO，Ag6Mo10O33），使复合润滑材料能够在中温段也具有很好的摩擦性能[11]。Gulbiński 等[12]通过改变Mo2N 薄膜中Ag 的添加含量，研究其在室温到400 ℃的摩擦性能，发现Ag 的掺杂量（以原子数分数计）在15%以下时，可有效降低薄膜在400 ℃下的摩擦系数。……