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，利用熱噴涂技術(shù)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(yīng)用。

    中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所周惠娣研究員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(nèi)部微觀孔隙或裂紋，通過水熱反應(yīng)法，在這些孔隙和裂紋內(nèi)部原位生長出具有潤滑特性的納米片狀MoS2。該方法實現(xiàn)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(jìn)行了修復(fù)，最終實現(xiàn)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。

 
圖1 內(nèi)孔原位生長固體潤滑相的復(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)軟骨營養(yǎng)機制的啟發(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)）。在超長時間的摩擦測試過程中，該涂層不僅自身展現(xiàn)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(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（2014378）”和“西部之光”西部青年學(xué)者A類人才培養(yǎng)項目的長期支持。