【超润滑表面工程】中国科学院兰州化学物理研究所张斌研究员团队:轴承滚珠表面二维异质纳米复合涂层制备及固体超润滑研究

科技   2024-12-24 18:57   重庆  



背景与意义


根据卫星在轨失效统计分析结果,在1975—2007年间发生的272次国内外卫星故障中,37%的卫星故障属于姿态和轨道控制分系统润滑失效,其中,超过50%的姿态和轨道控制分系统故障由陀螺仪、动量轮等空间活动部件磨损所致。其中,轴承部件的卡滞、磨损等是造成上述故障的主要原因。空间机构轴承及其保持架的摩擦与润滑问题直接影响空间机构的运行精度和服役寿命。要实现上述技术的突破,必须发展高性能(近零摩擦)润滑材料和技术。

中国科学院兰州化学物理研究所张斌研究员团队针对商用和低成本二维异质纳米粉体的强边缘效应和高摩擦等问题,通过石墨烯边缘氧来削弱纳米粉体边缘钉扎效应,促进二维异质纳米粉体到异质结的转化,成功实现了真空、惰性气氛及宽负载和宽速度条件下的宏观超润滑,将摩擦因数降低至0.007。

关键词:二维纳米粉体;结构超滑;石墨烯;二硫化钼;异质结;涂层;轴承滚珠


图文导读



结论

结合实验和理论模拟,研究了轴承滚珠表面二维异质纳米粉体复合涂层的制备和摩擦学性能,结论如下。

1)采用湿度球磨方法可以引入石墨烯边缘氧(原子数分数约为10%),维持二维纳米薄片结构的完整,并促进层间滑移,实现二维异质纳米粉体在轴承滚珠表面层状堆叠和均匀混合,从而形成异质结和同质结共存的表面。

2)石墨烯边缘氧的插入可以削弱边缘钉扎效应和机械化学修饰,实现同质结-异质结的转化,以及较宽载荷速度(3~9 cm/s,5~9 N)范围内的宏观超润滑(摩擦因数低至0.007)。

3)在石墨烯/MoS2异质结中,石墨烯边缘原子势能明显高于面内原子势能,证明边缘原子的活性较高和存在边缘钉扎效应,边缘氧的插入会使所有原子势能升高,导致层间作用和边缘效应的削弱,最终实现二维异质纳米粉体到异质结的转化,从而调控同质结-异质结转化,实现宏观超润滑。

文章信息



引文格式:杨兴, 王永富, 张俊彦, 等. 轴承滚珠表面二维异质纳米复合涂层制备及固体超润滑研究[J]. 表面技术, 2024, 53(21): 14-22.

YANG Xing, WANG Yongfu, ZHANG Junyan, et al. Preparation and Solid Superlubricity of Two-dimensional Nanocomposite Coating on Bearing Ball Surfaces[J]. Surface Technology, 2024, 53(21): 14-22.

DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.21.003

下载链接

【扫码关注我们】


审 核|汪  潇

编 辑|邓李旸


表面云社区
《表面技术》由中国兵器装备集团有限公司主管,西南技术工程研究所主办,主要报道腐蚀与防护、摩擦磨损与润滑、精密与超精密加工、表面功能化等内容,为EI收录期刊、Scopus数据库收录期刊、CSCD核心库期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊等
 最新文章