润滑材料现状、挑战与未来
周金芳，张晓琴，王晓莉，祁早娟，任鹏
润滑密封与耐磨材料分会 中国科学院兰州化学物理研究所
润滑材料是现代工业的关键要素，尤其在机械、交通和航空领域中至关重要。随着技术发展和工业需求的多元化，润滑材料的研究和开发持续进步。下文将概述润滑材料的现状，评估挑战，并预测未来趋势，旨在为相关研究提供指导。
一、润滑材料的现状
润滑材料的研究和应用已经取得了显著的进展。目前，润滑材料主要包括液体润滑剂、固体润滑剂和复合材料三大类。
液体润滑剂，如矿物油和合成油，因其流动性和冷却效果，在工业中至关重要，主要用于减少摩擦、磨损，并保护机械部件。这些润滑剂可以根据需求调整其黏度和稳定性。但在极端条件下，它们可能性能下降，并有环境泄漏风险。因此，研究正集中于开发新一代液体润滑剂，以适应更广泛的温压条件，提高环境相容性，包括高性能基础油、增强热稳定性和抗氧化性添加剂，以及生物可降解润滑剂。
固体润滑剂在干燥或少油环境中展现出高效性能，尤其适合液体润滑剂不适用的场合，包括石墨、二硫化钼、石墨烯、二维过渡金属硫化物和MXene等。尽管它们承载和耐磨性能优异，但受环境条件如湿度和化学反应的影响。因此，固体润滑剂需根据具体工况精确选择。研究者正通过表面处理、纳米化技术改良固体润滑剂，以提高其环境适应性，并通过与聚合物或金属复合，开发出在严苛条件下具有更广泛应用和持久润滑效果的新型复合材料。
复合材料结合了液体和固体润滑剂的优点，并通过添加纳米颗粒和纤维等增强体来提升性能。研究集中在自润滑复合材料、梯度复合材料和自润滑涂层，这些材料能在极端条件下维持稳定的摩擦系数和耐磨性。自润滑复合材料通过在金属或陶瓷基体中加入固体润滑剂（如MoS2、石墨、软金属）制备，适用于高温机械部件。梯度复合材料通过梯度排列润滑层和承载层，解决了传统自润滑材料的力学性能问题。自润滑涂层技术通过涂覆低摩擦系数和高耐磨性材料于部件表面，优化摩擦学性能并降低成本。
近期研究聚焦于开发新型润滑材料，如生物基和纳米润滑剂，以提升性能并减少环境影响；改进材料性能，通过添加功能性填料或改性剂增强耐磨性、抗氧化性和高温稳定性；以及深入研究润滑机制，优化设计，提升设备效率和可靠性。
二、挑战
润滑材料领域虽取得进展，但仍面临多重挑战。首先，工业设备在极端工况下对润滑材料的高温稳定性、耐压性和耐腐蚀性要求日益严格。同时，环保法规对润滑材料的生物降解性及环境影响提出更高标准，迫使传统石油基润滑剂寻求替代方案。其次，高端装备如航空航天、核电等行业对润滑材料的可靠性和长效性要求提高，增加了技术研发的难度。此外，润滑剂的添加虽能提升材料的润滑性能，但往往以牺牲力学性能为代价，实现两者平衡成为设计中的难题。最后，润滑材料的评估标准和测试方法尚待完善，缺乏统一评价体系，限制了新材料的市场应用，影响了行业的发展。
三、未来发展方向
随着航空航天等高端领域对润滑性能要求的提升，未来的润滑材料研究将朝着宽温域连续润滑材料的方向发展，以适应更广泛的温度范围。同时，环保法规的加强要求润滑材料必须具备环境友好性，推动了无毒、可降解环保润滑材料的开发。此外，高性能润滑材料的开发也是研究的重点，特别是通过纳米技术改性的固体润滑剂和具有自修复功能的智能润滑材料。智能自适应润滑材料是另一个研究热点，这类材料能够根据外部环境变化自动调整摩擦接触表面转移膜的组成，解决交变温度下的磨损问题，并结合传感器和智能控制技术，实现润滑材料的实时监控和精确控制。最后，加强润滑材料的基础研究，利用计算模拟和仿真技术，深入理解润滑材料的摩擦学行为，将为新材料的开发提供科学指导。
四、结论
润滑材料的研究和应用正面临着新的挑战和机遇。为了推进这一领域的发展，满足工业和交通运输行业对润滑技术的需求，研究焦点转向开发兼具高性能、环境友好性、长效性和经济性的润滑材料。同时，智能化技术的融合被视为提升润滑材料性能的关键途径。因此，未来的研究方向应聚焦于材料创新、环保性和智能化，以确保实现润滑材料的可持续发展。
