蘭州化物所固液復合新型潤滑涂層研究獲進展

　　盡可能地降低摩擦、減少磨損是促進綠色環保、智能制造、能源開發和精密加工等變革性技術發展的關鍵，也是摩擦學領域關注的熱點。

　　中國科學院蘭州化學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研究與應用研究。近日，該課題組在前期研究的基礎上，基于邊界潤滑理念，利用組分改性、樹脂基質結構調控改善本體強度，通過液相的可控遷移實現了固液協同潤滑，突破了傳統潤滑涂層的設計理念，發展了具有優異減摩和耐磨性能的新型固液復合涂層。

　　受滑冰運動過程中冰刀與冰層接觸界面冰水復合狀態的啟發，研究采用具有可逆動態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，獲得了具有特殊結構的熱可相變納米復合物（S8-POSS）；將其復合到潤滑涂層中，一方面發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了固液復合潤滑效應和自修復作用（圖1），有效降低了涂層的摩擦系數和磨損率。

　　此外，研究還通過氧化石墨烯（GO）表面的重氮化反應、改性GO的錨固作用、聚氨酯的原位聚合實現了基質強化（圖2），材料的交聯密度及致密性有效提升，使復合涂層的摩擦系數降低90%，磨損率降低一個數量級，且摩擦壽命延長5倍左右。研究將強化基體與液相硅油復合，使三元復合涂層的摩擦系數進一步降低30%，壽命延長1.35倍。與未強化基體的復合涂層相比，摩擦系數降低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，復合涂層的耐腐蝕性也得到有效提升。

　　上述涂層突破了傳統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固液復合的相關工作相比，其制備方法簡單、操作方便、成本較低，且摩擦系數更低，具有更高的工程化應用價值。相關成果發表在Chemical Engineering Journal、Composites Part A: Applied Science and Manufacturing、Progress in Organic Coatings上，并申請了2項國家發明專利，其中1項已授權。研究工作得到國家自然科學基金的支持。

圖1.模擬滑冰運動的固液復合潤滑機制
 

圖2. GO的改性及錨固作用
 

圖3.固液復合涂層摩擦學性能