微动是指接触界面间发生在微米量级的相对运动，其不同于滑动或滚动，具有极高的隐蔽性和危害性。微动摩擦学是一门新兴的跨专业学科，涉及力学、材料学、物理和化学等，其主旨是研究微动的运行机理、损伤机制，并用以预防检测和安全评估。本文系统讨论了微动磨损及其与腐蚀耦合的失效机理和表面防护技术，为提高机械零部件的可靠性和延长使用寿命提供理论支持和实践指导。重点分析了固体自润滑涂层、液体润滑膜、树脂基涂层等低摩擦表面技术在减轻微动磨损方面的应用效果及其作用机理，并且对比了一系列微动磨损与腐蚀防护技术的利与弊，揭示了防护手段对腐蚀磨损性能的优化机理。此外，还讨论了低摩擦表面腐蚀防护设计的策略，包括基于表面工程的正向设计和基于失效分析的逆向推演，并对耐磨蚀涂层设计进行了深入探讨。最后，总结了微动磨蚀防护技术的研究进展，并对其未来的发展方向进行了展望。通过以上综合性的研究和分析，为提高机械零部件在复杂工况下的耐磨性和抗腐蚀能力提供了重要的理论依据和技术参考。
类金刚石薄膜的微动磨损研究
基于失效分析的表面工程抗微动腐蚀的原理
喷涂CuAl-Ni/C涂层体系的截面示意图和SEM形貌
针对腐蚀与摩擦的交互作用，提出微动腐蚀损伤的功能性防护技术，对于提高机械零部件耐磨性和延缓其腐蚀速率，以及延长其使用寿命具有重要的意义。本文对常用的微动磨损和腐蚀防护技术进行了总结，如表3所示。
表面工程技术在减轻微动损伤方面展现出显著效果，然而，由于表面工程技术的多样性和微动磨损与腐蚀条件下复杂的损伤机理，以及实际微动现象的复杂性，如何高效利用表面工程来减少微动磨蚀耦合损伤成为一项极具挑战性的系统工程。针对金属材料在腐蚀与磨损耦合作用下的损伤问题，开发耐磨与防腐一体化的防护技术是提升设备服役期限的关键途径。
在风电机组等实际应用中，塔筒表面在风沙环境和气固两相流的作用下易发生磨蚀行为，特别是在海水及海洋大气环境中。为解决此问题，已采用多种防护技术，如“环氧（或无机）富锌底漆+环氧云铁中间漆+聚氨酯面漆”的涂层结构，通过多层涂料有效阻挡和隔绝水分子、Cl–等腐蚀介质。对于叶片前缘部位，由于磨蚀问题尤为突出，引入纳米耐磨颗粒增强相和应用新型涂层结合，如纳米石墨烯和混合（石墨烯/二氧化硅）增强聚合物涂层，展现出优异的耐磨蚀性能。在海洋装备中，运转部件经常受到海水腐蚀磨损的损伤。例如，在海水液压马达系统中应用PVD涂层技术，显著提高了抗磨蚀性能。柱塞泵在海洋环境中工作时，不仅面临腐蚀介质和微生物腐蚀，还常因混入沙粒等硬质颗粒而加剧腐蚀与磨损的交互作用。为此，热喷涂、有机涂料和热浸镀等技术常用于柱塞泵的防护。
面对微动磨损与腐蚀耦合问题的挑战，未来的研究将更加注重深入理解和探索其内在机理，以开发更为高效、经济的防护技术。
1）机理研究。进一步揭示微动磨损与腐蚀耦合的详细机制，包括微观结构的变化、化学反应的动力学过程等，为防护技术的研发提供更为坚实的理论基础。
2）研发新材料。探索具有优异耐磨性和抗腐蚀性的新型材料，如纳米复合材料、自修复材料等，以满足复杂工况下的使用需求。
3）智能防护技术。利用现代传感技术和数据分析方法，开发能够实时监测和评估微动磨损与腐蚀状况的智能防护系统，实现预测性维护和早期干预。
4）环保与可持续发展。在研发防护技术的同时，注重环保和可持续发展，选择低污染、低能耗的生产工艺和材料，推动绿色制造的发展。总之，微动磨损与腐蚀耦合问题是工业领域中的一个重要课题。通过不断的研究和创新，可以开发出更为高效、经济的防护技术，为机械零部件的可靠性和寿命提供更为坚实的保障。
岳照凡, 樊小强, 朱旻昊. 微动磨蚀及表面防护技术回顾[J].表面技术, 2024, 53(11): 1-20.
YUE Zhaofan, FAN Xiaoqiang, ZHU Minhao. Review of Fretting Wear and Surface Protection Technology[J]. Surface Technology, 2024, 53(11): 1-20.
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审核|汪 潇
编辑|邓李旸
