原文信息：
LIU YangQin, CHEN Lei*, WANG Yang & QIAN LinMao. Combined effect of WS2 and Ti3C2Tx MXene favors oil-based ultra-low friction on rough steel-steel interface at elevated temperatures. Science China Technological Sciences, 2024, 67(7): 1991–2002, https://doi.org/10.1007/s11431-024-2665-y
内容介绍
近期，西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所陈磊教授等人在Science China Technological Sciences发表了题为“Combined effect of WS2 and Ti3C2Tx MXene favors oil-based ultra-low friction on rough steel–steel interface at elevated temperatures”的研究论文，发现WS2和Ti3C2Tx MXene纳米片作为油基润滑添加剂有助于实现高温（400℃）下钢–钢表面摩擦和磨损的大幅降低。该方法使用简单有效，有在不同工业领域中作为通用高温减磨方法的潜力。该文为“超滑科学与技术”专题文章，欢迎您关注！
摩擦和磨损是运动部件故障和使用寿命缩短的主要原因，会对工业和经济规模造成巨大损失，约占世界总能源消耗的23%（相当于119 EJ）。这种能量消耗主要是由摩擦和磨损相关故障而对磨损部件和辅助设备进行再制造引起的。运动部件在运行过程中会产生大量热量，高温下的磨损给许多技术流程和操作加工带来了严重的问题，包括材料加工、齿轮传动、轴承、汽车系统、金属切削、热锻造、冲压和成型等。在超出标准温度范围运行的部件会因摩擦和磨损加剧而放大材料可靠性和性能的不确定性，带来复杂的摩擦学挑战。常规润滑液的润滑性能在高温环境下会受到严重限制并大幅降低，实现高温环境下稳定可靠的润滑一直是各个工业领域长期以来的目标。
本文发现WS2和Ti3C2Tx MXene纳米片的添加显著改善了基础油在高温（400℃）下的润滑性能（图1），大幅降低了摩擦系数（甚至实现了短时间的超滑）和基底磨损率，这是迄今为止使用任何一种单独的纳米片都无法实现的。
图1 不同润滑剂在400℃高温下的摩擦学行为。（a）持续1小时的摩擦系数（COF）的变化；（b）平均稳定摩擦系数和基底磨损率
热重与黏度测试表明（图2），两种添加剂的使用提高了基础油的热稳定性和黏度，增强了润滑油在高温下的稳定性和承载能力。
图2 每种润滑剂的（a）热重分析，（b）导数热重分析和（c）动态黏度
X射线光电子能谱（图3）、透射电子显微镜（图4）和原子力显微镜（图5）测试表明，在摩擦界面间形成的富含铁/钛/钨的复合氧化膜起到了润滑膜的作用，大幅降低了界面剪切应力，实现了超低摩擦和磨损。
图3 基底磨痕内的X射线光电子能谱结果。（a）C 1s；（b）O 1s；（c）Fe 2p；（d）Ti 2p；（e）S 2p；（f）W 4f
图4 基底磨痕的横截面二次电子图像和能量色散X射线光谱元素图像
图5 基底磨痕内的AFM测试结果。（a）摩擦力作为法向载荷的函数，其中实线是计算COF的线性拟合；（b）平均摩擦系数
