【超润滑表面工程】中国科学院兰州化学物理研究所吉利研究员团队:TaSe2/MoS2异质复合涂层的大气摩擦学性能研究

科技   2024-12-24 18:57   重庆  



背景与意义


作为自然界中无法避免的物理现象,摩擦和磨损问题导致的一次能源损失约占全球每年能源消耗总量的30%左右,造成的经济损失占各国GDP的5%~7%。同时,高达80%的机械运动零部件和材料因摩擦和磨损问题而受损失效,这极大地制约了我国高端装备的长寿命和可靠性设计与制造。因此有效地减少摩擦和磨损的负面影响,不仅可以促进全球经济的发展,而且还有望推动科技发展实现革命性的进步。研究者们不断探索解决摩擦和磨损问题,超润滑理论和技术应运而生。作为摩擦学研究领域的前沿课题,超润滑的近零摩擦磨损特点使其可以在传统润滑技术的基础上将摩擦和磨损进一步降低至少1~2个量级。然而,在宏观尺度上获得超润滑较困难,超润滑的工程应用依然是一个极具挑战性的课题。

中国科学院兰州化学物理研究所吉利研究员团队制备了TaSe2/MoS2异质复合涂层,并通过分析摩擦因数摩擦界面形貌及涂层的磨损率的对比,研究了它与MoS2涂层在不同湿度下的摩擦磨损性能差异。进一步对摩擦界面的化学成分分布和化学结构进行分析,研究了TaSe2/MoS2异质复合涂层大气摩擦学性能较好的原因,并对其大气摩擦磨损机理进行了探讨。

关键词:大气环境;超低摩擦;摩擦界面;异质结构;摩擦机理

图文导读



结论


通过喷涂法制备了在低湿度下表现出超低摩擦、在高湿度下表现出抗氧化性能的TaSe2/MoS2异质复合涂层,并分析了界面的形貌及磨痕的磨损率,研究了它们在不同湿度大气中的摩擦磨损性能。此外,通过研究摩擦界面的化学元素分布及化学结构组成,分析了TaSe2/MoS2异质复合涂层在不同湿度下摩擦学性能好的原因,主要结论如下。

1)TaSe2/MoS2异质复合涂层在低湿度大气中表现出超低摩擦,摩擦因数可低至0.013。随着湿度的增大,TaSe2/MoS2异质复合涂层的摩擦因数和磨损率虽然增加,但仍低于同等测试条件下的MoS2涂层。

2)在摩擦过程中形成了MoS2和TaSe2共存的异质摩擦界面,异质界面的弱相互作用使得TaSe2/MoS2异质复合涂层在低湿度大气中表现出超低摩擦。

3)TaSe2相对于MoS2具有更强的化学键,不易被活性分子破坏,能够在异质复合涂层中有效抑制活性分子的氧化破坏作用,从而延缓MoS2结构在摩擦过程中的氧化反应。在高湿度的大气环境中,TaSe2/MoS2异质复合涂层展现出优异的抗氧化性能,并且与MoS2涂层相比,其抗磨损性能更胜一筹。

文章信息


引文格式:朱东翔, 李红轩, 刘晓红, 等. TaSe2/MoS2异质复合涂层的大气摩擦学性能研究[J]. 表面技术, 2024, 53(21): 23-33.

ZHU Dongxiang, LI Hongxuan, LIU Xiaohong, et al. Tribological Properties of MoS2/TaSe2 Heterogeneous Composite Coating in Air Environment[J]. Surface Technology, 2024, 53(21): 23-33.

DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.21.004

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审 核|汪  潇

编 辑|邓李旸


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