原子氧(AO)是低地球轨道(LEO)环境中的主要残留气体,具有很强的氧化和腐蚀能力.大部分空间用材料在AO环境下都会发生表面形貌的变化、质量和厚度的损失以及材料性能(光学、电学、热学、力学性能)的降低.MoS2薄膜作为一种优异的固体润滑材料而被广泛应用于空间运动部件.MoS2薄膜在原子氧辐照条件下也会出现润滑性能退化现象,从而导致相关系统服役寿命的降低,甚至失效,造成巨大的损失.因此考察MoS2薄膜在原子氧辐照前后成分、结构及摩擦磨损性能变化,设计能有效阻隔原子氧侵蚀作用的薄膜结构对提升空间运动部件的运行稳定性和可靠性有重要意义.本文采用非平衡磁控溅射技术构筑了Pb-Ti/MoS2纳米多层薄膜,分析了薄膜的组成、结晶取向和周期性结构.对Pb-Ti/MoS2纳米多层薄膜进行LEO环境原子氧辐照15年剂量的加速模拟试验,并对原子氧辐照前后薄膜的摩擦学性能进行了对比研究.研究表明,薄膜结构致密,呈典型的纳米多层结构,调制周期约20nm,薄膜表现出非常明显的(002)晶面择优取向生长.薄膜截面的STEM结果表明,经总剂量高达7.83×1026 atom/m2的原子氧辐照试验后,Pb-Ti/MoS2纳米多层薄膜的氧化深度仅为50 nm,表现出优异的抗原子氧辐照性能.薄膜的多层界面可以有效破坏MoS2层的柱状生长结构,减少原子氧辐照过程中氧从表面向薄膜内部扩散的通道,从而抑制薄膜内部的氧化发生.此外,Pb-Ti合金层中的Ti元素容易与原子氧结合形成致密的氧化物保护膜,有效延缓Pb-Ti合金层的氧化,进而提高薄膜整体抗原子氧性能.XPS结果表明,原子氧辐照后薄膜表层中的MoS2发生氧化分解,Mo被氧化为MoO3,S被氧化为SO42-,Pb-Ti合金层中的Ti被氧化为TiO2,无Pb-O键形成.原子氧辐照后薄膜的摩擦学性能无明显下降,真空环境下摩擦系数为0.03,磨损率为2.8×10-7mm 3/Nm.