盡可能地降低摩擦、減少磨損是促進綠色環(huán)保、智能制造、能源開發(fā)和精密加工等變革性技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，也是摩擦學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點。

　　中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所磨損與表面工程課題組致力于高性能潤滑與耐磨涂層的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究。近日，該課題組在前期研究的基礎(chǔ)上，基于邊界潤滑理念，利用組分改性、樹脂基質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控改善本體強度，通過液相的可控遷移實現(xiàn)了固液協(xié)同潤滑，突破了傳統(tǒng)潤滑涂層的設(shè)計理念，發(fā)展了具有優(yōu)異減摩和耐磨性能的新型固液復(fù)合涂層。

　　受滑冰運動過程中冰刀與冰層接觸界面冰水復(fù)合狀態(tài)的啟發(fā)，研究采用具有可逆動態(tài)雙硫鍵的可液化斜方硫（S8）對八乙烯基多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）改性處理，獲得了具有特殊結(jié)構(gòu)的熱可相變納米復(fù)合物（S8-POSS）；將其復(fù)合到潤滑涂層中，一方面發(fā)揮其自錨固作用改善了涂層的機械承載能力，另一方面利用其在摩擦過程中的熱致相變實現(xiàn)了固液復(fù)合潤滑效應(yīng)和自修復(fù)作用（圖1），有效降低了涂層的摩擦系數(shù)和磨損率。

　　此外，研究還通過氧化石墨烯（GO）表面的重氮化反應(yīng)、改性GO的錨固作用、聚氨酯的原位聚合實現(xiàn)了基質(zhì)強化（圖2），材料的交聯(lián)密度及致密性有效提升，使復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)降低90%，磨損率降低一個數(shù)量級，且摩擦壽命延長5倍左右。研究將強化基體與液相硅油復(fù)合，使三元復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)進一步降低30%，壽命延長1.35倍。與未強化基體的復(fù)合涂層相比，摩擦系數(shù)降低60%，磨損壽命最高提升5倍，且這一提升效果在高載和高速下更明顯（如圖3）。另外，由于硅油的疏水性及其在涂層基體中的毛細管阻力，復(fù)合涂層的耐腐蝕性也得到有效提升。

　　上述涂層突破了傳統(tǒng)石墨和二硫化鉬潤滑涂層的選材限制，與目前大部分通過微膠囊等實現(xiàn)固液復(fù)合的相關(guān)工作相比，其制備方法簡單、操作方便、成本較低，且摩擦系數(shù)更低，具有更高的工程化應(yīng)用價值。相關(guān)成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal、Composites Part A: Applied Science and Manufacturing、Progress in Organic Coatings上，并申請了2項國家發(fā)明專利，其中1項已授權(quán)。研究工作得到國家自然科學(xué)基金的支持。

圖1.模擬滑冰運動的固液復(fù)合潤滑機制
 

圖2. GO的改性及錨固作用
 

圖3.固液復(fù)合涂層摩擦學(xué)性能