中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

本论文采用物理气相沉积(PVD)方法在钢/钢摩擦副(Steel-Steel)表面分别沉积自润滑薄膜二硫化钼(MoS₂)和硬质耐磨薄膜氮化钛(TiN)，并分别与硅碳氢润滑油(SiCH)组成固液复合润滑体系，在真空球-盘摩擦实验条件下对两种固液复合润滑体系的摩擦学性能及其摩擦磨损机理进行了系统研究。主要研究结果如下：

MoS₂/SiCH固液复合润滑体系，当仅对钢盘表面沉积MoS₂薄膜时，该固液复合润滑体系的耐磨寿命为1.8×10⁶ 转，相比单纯采用SiCH油润滑时提高到1.2倍，是MoS₂薄膜固体润滑状态的4倍，表现出了良好的协同润滑效应；但当钢球和钢盘表面均沉积MoS₂薄膜时，该固液复合润滑体系的耐磨寿命却明显下降，仅为SiCH油润滑的 50%、MoS₂薄膜固体润滑状态的1.6倍。究其原因认为，MoS₂薄膜表面柱状晶对SiCH润滑油有一定量的吸附，当摩擦副双方表面均沉积薄膜时，薄膜对油的吸附量增加，导致油膜名义厚度变薄；加之摩擦过程中薄膜柱状晶剪切断裂产生大量磨屑，进一步吸附润滑油，使得摩擦接触区处于乏油润滑状态，阻碍边界润滑膜的形成，导致摩擦学性能明显下降。

TiN/SiCH固液复合润滑体系，在摩擦副双方表面均沉积耐磨性较好的TiN薄膜时，由于摩擦副之间硬度匹配性好，避免了边界润滑条件下过早发生磨粒磨损，可保证SiCH油吸附层起到良好的润滑作用。此外，TiN 薄膜具有良好的化学稳定性和耐磨性，与SiCH润滑油构成的复合润滑体系在长寿命摩擦实验中表现出了良好的减摩抗磨性能。因而，此复合润滑体系表现出了低摩擦磨损性能，其平均摩擦系数约0.07，在经过1.8×10⁶ 转的摩擦实验后，即使SiCH油中形成了微量多甲基基团的硅碳化合物Si-(R-(CH₃)₃)₃仍未影响其润滑性能，该复合体系耐磨寿命高达1.8×10⁶ 转以上。在加注SiCH润滑油总量不变的情况下，仅对摩擦副的钢盘表面沉积TiN薄膜时，因摩擦副表面硬度不匹配，产生磨粒磨损，导致TiN/SiCH固液复合润滑体系耐磨寿命仅约为SiCH油润滑状态的28%。

摩擦副配副状态的差异对固液复合润滑体系的摩擦学性能可产生明显影响。