在表面工程領域，利用熱噴涂技術制備的Al2O3、ZrO2基涂層應用廣泛，但由于陶瓷材料本身的特性和制備工藝的特點，利用熱噴涂技術制備的陶瓷涂層潤滑性能不突出，從而制約了其在高端裝備中的應用。
中國科學院蘭州化學物理研究所研究員周惠娣課題組長期致力于熱噴涂陶瓷基涂層工藝和性能的研究。最近，該課題組利用涂層本身具有的內部微觀孔隙或裂紋，通過水熱反應法，在這些孔隙和裂紋內部原位生長出具有潤滑特性的納米片狀MoS2。該方法實現了潤滑劑在摩擦表面的有效引入，并對陶瓷涂層摩擦表面原有的缺陷進行了修復，最終實現了熱噴涂陶瓷涂層與金屬對偶之間的有效潤滑，顯著降低了陶瓷涂層對金屬對偶的磨損。
在此研究基礎上，為了獲得具有超長壽命、低摩擦系數和磨損性能的陶瓷基復合涂層材料，受骨松質結構和關節軟骨營養機制的啟發，研究人員利用熱噴涂工藝制備出了一種具有優異摩擦學性能的仿生智能涂層。該涂層在較大范圍內的摩擦速率和載荷變化下，可保持低的摩擦系數，其在高載荷下（1.4GPa）的摩擦系數為<0.065，并且具有優異的摩擦壽命（>1×106 轉）。在超長時間的摩擦測試過程中，該涂層不僅自身展現出近零磨損的特性，而且對對偶材料的損傷極其輕微，這種優異的摩擦學性能得益于該陶瓷復合涂層以摩擦熱和壓力為驅動力和修復力，在摩擦表面形成了可不斷修復的類“軟骨層”。相關結果近期相繼發表在Ceramics International, 2017, 43(9): 6976-6986，Materials Letters 193 (2017) 199–202和ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.7b03986）。
上述研究工作得到了中科院“青年創新促進會（2014378）”和“西部之光”西部青年學者A類人才培養項目的長期支持。
圖1 內孔原位生長固體潤滑相的復合涂層的摩擦學性能
圖2 具有優異摩擦學性能的仿生智能涂層
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