在表面工程領(lǐng)域，利用熱噴涂技術(shù)制備的Al2O3、ZrO2基涂層應(yīng)用廣泛，但由于陶瓷材料本身的特性和制備工藝的特點(diǎn)，利用熱噴涂技術(shù)制備的陶瓷涂層潤(rùn)滑性能不突出，從而制約了其在高端裝備中的應(yīng)用。

    中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所周惠娣研究員課題組長(zhǎng)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(nèi)部微觀孔隙或裂紋，通過(guò)水熱反應(yīng)法，在這些孔隙和裂紋內(nèi)部原位生長(zhǎng)出具有潤(rùn)滑特性的納米片狀MoS2。該方法實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑劑在摩擦表面的有效引入，并對(duì)陶瓷涂層摩擦表面原有的缺陷進(jìn)行了修復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)了熱噴涂陶瓷涂層與金屬對(duì)偶之間的有效潤(rùn)滑，顯著降低了陶瓷涂層對(duì)金屬對(duì)偶的磨損。

 
圖1 內(nèi)孔原位生長(zhǎng)固體潤(rùn)滑相的復(fù)合涂層的摩擦學(xué)性能

    在此研究基礎(chǔ)上，為了獲得具有超長(zhǎng)壽命、低摩擦系數(shù)和磨損性能的陶瓷基復(fù)合涂層材料，受骨松質(zhì)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)軟骨營(yíng)養(yǎng)機(jī)制的啟發(fā)，研究人員利用熱噴涂工藝制備出了一種具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能的仿生智能涂層。該涂層在較大范圍內(nèi)的摩擦速率和載荷變化下，可保持低的摩擦系數(shù)，其在高載荷下（1.4GPa）的摩擦系數(shù)為<0.065，并且具有優(yōu)異的摩擦壽命（> 1×106 轉(zhuǎn)）。在超長(zhǎng)時(shí)間的摩擦測(cè)試過(guò)程中，該涂層不僅自身展現(xiàn)出近零磨損的特性，而且對(duì)對(duì)偶材料的損傷極其輕微，這種優(yōu)異的摩擦學(xué)性能得益于該陶瓷復(fù)合涂層以摩擦熱和壓力為驅(qū)動(dòng)力和修復(fù)力，在摩擦表面形成了可不斷修復(fù)的類“軟骨層”。相關(guān)結(jié)果近期相繼發(fā)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）。

 
圖2 具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能的仿生智能涂層

上述研究工作得到了中科院“青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2014378）”和“西部之光”西部青年學(xué)者A類人才培養(yǎng)項(xiàng)目的長(zhǎng)期支持。