科研進(jìn)展
蘭州化物所高熵陶瓷界面固-液復(fù)合超潤(rùn)滑研究獲新進(jìn)展
超潤(rùn)滑技術(shù)因其極低的摩擦系數(shù)（<0.01）而成為近年來摩擦學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由固體添加劑/薄膜與液體潤(rùn)滑劑協(xié)同構(gòu)建的固-液復(fù)合潤(rùn)滑體系，通過材料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)效應(yīng)，為實(shí)現(xiàn)兼具超低磨損和長(zhǎng)壽命的超潤(rùn)滑狀態(tài)提供了新方法。
雖然水基超潤(rùn)滑材料具有諸多優(yōu)勢(shì)，但其對(duì)金屬摩擦副的腐蝕問題會(huì)影響超潤(rùn)滑狀態(tài)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。為此，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所潤(rùn)滑材料全國(guó)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)近期提出了一種基于摩擦催化效應(yīng)的“固-液復(fù)合超潤(rùn)滑”策略，基于天然有機(jī)酸植酸和高熵陶瓷涂層的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的減摩抗磨性能，有效地避免了水基潤(rùn)滑劑的腐蝕問題。通過磁控濺射技術(shù)在軸承鋼表面沉積了(CrNbTiAlV)N高熵陶瓷薄膜（圖1），表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能并提供了豐富的反應(yīng)位點(diǎn)。此外，在摩擦過程中高熵陶瓷表面還形成了一層鈍化層，可有效防止水基潤(rùn)滑劑對(duì)鋼基體的腐蝕。
經(jīng)測(cè)試，該固-液復(fù)合超潤(rùn)滑體系可在125萬次往復(fù)摩擦循環(huán)中持續(xù)保持超潤(rùn)滑狀態(tài)，摩擦系數(shù)低至0.0037，磨損率約為3.032×10?10mm3/(N·m)。摩擦過程中原位形成了平均粒徑約為7.3nm的高熵陶瓷納米晶體，這些納米晶體促進(jìn)了植酸分子的水解，生成了肌醇多磷酸（或肌醇）和磷酸分子。通過分子動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)一步證明，肌醇和磷酸在滑動(dòng)過程中可有效降低摩擦阻力，從而在宏觀尺度上實(shí)現(xiàn)固-液復(fù)合超潤(rùn)滑（圖2）。該研究證實(shí)了摩擦催化效應(yīng)在超潤(rùn)滑中的作用，為設(shè)計(jì)高性能固-液復(fù)合超潤(rùn)滑系統(tǒng)提供了新策略。
圖1.固-液復(fù)合潤(rùn)滑系統(tǒng)的超潤(rùn)滑性能及其潤(rùn)滑機(jī)制
圖2.分子動(dòng)力學(xué)模擬
該研究工作以“Macro-superlubricity Induced by Tribocatalysis of High-Entropy Ceramics”為題發(fā)表在Advanced Materials（2025,37,2413781）上，蘭州化物所杜長(zhǎng)合博士生、于童童副研究員和維也納工業(yè)大學(xué)博士后隋旭東為論文第一作者，王道愛研究員為通訊作者。
以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)研究計(jì)劃、甘肅省重大科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
