摘要：選用電泳沉積法、刷涂法和水煮法3種方法在材料表面制備了二硫化鉬涂層，并探討了3種方法形成涂層的機制。結果表明，電泳沉積法、水煮法和刷涂法都可以得到很好的二硫化鉬固體潤滑膜，其中電泳沉積法制備的涂層的結合強度大，表面硬度高；3種制備方法都主要以機械結合方式形成涂層。

1.  實驗部分

1.1   二硫化鉬涂層的制備

試樣選為低碳鋼材料，表面經(jīng)過砂紙打磨去掉氧化層，并對試樣去油清洗，用清水洗，晾干，然后制備MoS2涂層。

1.1.1  水煮法

取50g的MoS2粉末，置于瓷制煮皿，加人十六烷基三甲基溴化銨1g，加水400mL，將試件浸人其中。加熱到95～100℃，1h，并進行熱處理180℃，1h，即可以獲得MoS2涂層。

1.1.2 刷鍍法（噴涂法）

將MoS2粉末用丙酮調(diào)成糊狀放于器皿中，然后將試件埋入其中，晾干，人箱150℃,1h烘干，然后用水沖洗，即可形成MoS2涂層。

1.1.3電泳沉積法

電泳沉積除設備及其生產(chǎn)過程較簡單外，還存在許多優(yōu)點，如膜厚均勻，薄膜與基底的附著好，防腐性和耐潮濕性好，可均勻涂敷復雜工件等，在涂漆方面有廣泛的應用。所以，二硫化鉬薄膜的電泳制備法是一種應用潛力的表面處理工藝。

考慮到電泳沉積二硫化鉬受到很多因素影響，比如沉積電壓、沉積時間、二硫化鉬的含量、曲拉酮的含量等，采用正交實驗法來優(yōu)化電泳沉積二硫化鉬的參數(shù)。通過以上正交試驗，選定了以下試驗方案：

（1）二硫化鉬粉末粒徑為2-3μm

（2）配置200ml電泳沉積液，在去離子水中加入適量二硫化鉬粉末，然后加人0.1g曲拉酮，用電磁攪拌器攪拌60min，使二硫化鉬顆粒分布均勻。

（3）極板間距1.5mm，加電沉積，沉積電壓為140V，沉積時間為2min。

（4）用清水清洗試樣表面，除去多余物質(zhì)，放入爐中加熱到180℃,保溫時間為60min。

1.2 二硫化鉬涂層的測量

通過FM-300型顯微硬度儀觀察涂層前后試樣的表面形貌和測量涂層前后試樣的硬度，并測量處理后表面的表面粗糙度。

2  結果及討論

2.1 二硫化鉬涂層表面形貌

圖1為未涂層前及采用3種方法涂覆MoS2后低碳鋼的表面形貌。

如圖1（a）所示，未涂層前低碳鋼表面經(jīng)過砂紙打磨，有很多滑痕，這些滑痕可提高MoS2,涂層與基底的結合性。采用水煮法和刷鍍法（噴涂法）涂層后，光亮的低碳鋼表面變成黑色，有很多黑色小顆粒，如圖1(b)、(c)所示，而采用電泳沉積法涂層后，光亮的低碳鋼表面變成紫黑色，經(jīng)過顯微鏡放大后觀察有很多黑色小顆粒，如圖1(d)所示。

2．2二硫化鉬涂層厚度測試

用塑料鑲嵌試件，以保證磨面與涂層表面的垂直，并防止毛刺或棱角磨圓的現(xiàn)象發(fā)生，然后對試樣的邊緣進行打磨，不能傷及MoS2涂層，以便能夠看出膜層厚度，通過顯微鏡觀察，在每個視場以相等的間隔少測量5個點，以平均值或小值作為涂層的厚度。表3為采用3種方法制備的涂層的厚度。

2．3二硫化鉬涂層硬度分析

表4為試樣涂層前后表面硬度的對比。從表4可知，采用水煮法和刷鍍法（噴涂法）進行表面處理后，試樣表面形貌發(fā)生了變化，但表面硬度幾乎沒有變化，未涂層的表面硬度為HV 161.33，水煮法和刷鍍法（噴涂法）涂層后表面硬度均為HV 165.47，即由于膜層比較薄，對試樣的表面硬度未產(chǎn)生影響。而經(jīng)過電泳沉積二硫化鉬后，涂層后表面硬度增大為HV 229．43,即經(jīng)過電泳沉積二硫化鉬涂層后增大了基體的硬度，從而提高了基體的耐磨性。

2．4二硫化鉬涂層結合強度分析

采用2種方法定性分析二硫化鉬與基底的結合強度情況。

2．4．1淬火試驗

將制備好的二硫化鉬涂層試件放人熱處理爐子中加熱到280℃，（因二硫化鉬在350℃會發(fā)生氧化而失去潤滑效果，所以溫度在280℃以內(nèi)),時間為20min,保溫結束后，立即將試樣放人冷水中急冷到室溫，然后取出試樣觀察是否有裂紋或局部隆起。

2．4．2膠帶撕拉試驗

準備多種試驗膠帶，按膠帶的粘結強度分好等級，然后用膠帶粘結在試樣表面，保證粘結牢固，而后用手撕拉膠帶，使膠帶從試樣上面撕下，檢查膠帶上二硫化鉬涂層的脫落量。經(jīng)上述2種方法試驗發(fā)現(xiàn)，在淬火試驗中，3種涂層方法都形成了牢固的二硫化鉬固體潤滑膜，沒有一個試樣的涂層從基體上脫落。而采用膠帶撕拉試驗時，3種涂層上撕下的膠帶上二硫化鉬的含量各不相同，其中水煮法涂層的脫落量多，電泳法涂層的脫落量少，因此電泳法制備的涂層膜基強度大，刷涂法制備的涂層膜基強度次之，水煮法制備的涂層膜基強小。

以上分析表明，電泳法涂層的強度大，電泳法可以提高表面硬度，從而提高試樣的耐磨性，而且通過測定摩擦因數(shù)表明，電泳法得到的涂層的摩擦因數(shù)小，因此電泳法優(yōu)于其它2種方法。但是電泳法依然存在不足，如電泳法只能在一個表面形成涂層，無法在試樣整體形成均一的涂層，這方面就不如刷涂法和水煮法。

2．5 二硫化鉬膜涂層形成機制分析

對于固體潤滑MoS2涂層，形成涂層的原因可能有擴散結合、機械結合和物理結合3種。

2．5．1擴散結合

在試驗中，對MoS2涂層進行輕微打磨，當漏出基體的時候，發(fā)現(xiàn)基體已經(jīng)不是原來的光亮色，而是淺黑色。經(jīng)過清洗，依然保持淺黑色不變，這表明在基體中同樣存在二硫化鉬顆粒，雖然很少，但說明了擴散現(xiàn)象的存在。即在試驗過程中，當MoS2分子與基材表面形成緊密接觸時，由于變形或者加熱等作用，在涂層與基材間就會產(chǎn)生微小的擴散，增加涂層與基材間的結合強度。

2.5.2機械結合

機械結合是二硫化鉬涂層的主要形成方式。當二硫化鉬分子與基體接觸時，由于基體表面比較粗糙。二硫化鉬分子就會沉積在由于表面粗糙而形成的表面微凸體上，從而形成機械結合。機械結合的強度主要取決于表面的粗糙程度。為了驗證上述結論，本文作者采用不同預處理方法的低碳鋼基底材料進行了涂層實驗。首先，對低碳鋼進行砂紙打磨，去掉表面氧化層，再用拋光機進行拋光處理，然后采用上述3種涂層方法在試樣表面涂覆二硫化鉬涂層，并測出涂覆前后試樣的表面粗糙度，結果見表5。

從表5可知，試樣經(jīng)拋光后也形成了二硫化鉬涂層。但是經(jīng)顯微鏡放大后觀察表明，試樣表面形貌很差，只有很少的一部分區(qū)域有二硫化鉬存在，其它地方都是低碳鋼原來的顏色。另外，二硫化鉬涂層結合強度很差，經(jīng)過水流沖洗擦試后，發(fā)現(xiàn)二硫化鉬大部分已脫落。

因此實驗結果表明，提高試樣表面光潔度后，雖然可使更多的二硫化鉬分子與基體分子接觸，從而形成更加多的分子間作用力，但是卻不能形成很好的MoS2涂層。究其原因，主要是由于溫度限 制，因溫度不能超過二硫化鉬的氧化溫度350℃，溫度不能達到分子激活能，所以擴散結合和物理結合就不能成為二硫化鉬固體潤滑膜的主要形成方式，這與多弧離子鍍不同。

2．5．3物理結合

物理結合有點類似于擴散作用，就是當MoS2分子與基體緊密接觸后，因為二硫化鉬的特殊結構，在外層是硫原子，當分子之間距離足夠小的時候，就會在基體原子與硫原子之間形成了共價鍵》所以在基體上可以形成牢固的二硫化鉬固體潤滑膜。然而，通過上面的實驗發(fā)現(xiàn)，表面足夠光潔，雖然可以形成涂層，但是效果卻不是很好，可見物理結合雖然存在卻不是主要結合方式。

綜合以上分析表明，采用水煮法、電泳沉積法和刷涂法3種方法制備涂層時，二硫化鉬與基體的結合方式主要有物理結合、擴散結合和機械結合3種形式，其中以機械結合為主，擴散結合次之，物理結合

3結論

（1）采用電泳沉積法、水煮法和刷涂法制備了二硫化鉬涂層。其中電泳法涂層的強度大，表面硬度高。

（2）電泳沉積法、水煮法和刷涂法主要以機械結合方式形成涂層。