高端装备制造作为具有战略意义的国家产业，对于推动制造业的稳健发展至关重要。它在水电、航空航天、国防和轨道交通等领域的发展，对于提升国家竞争力和供应链韧性具有重要作用。然而，在长期复杂的使用条件下，机械部件往往会遭受表面冲击、磨损和不受控制的摩擦能量耗散，严重损害了其性能。目前，部件剥落和能量损失等问题可以通过表面工程技术（如防护涂层、表面改性和纹理化处理）来缓解。聚脲（PU）涂层因其优异的耐候性、广泛的适用性、简便的制备方法和环保性，已成为一种有前景的解决方案。然而，PU涂层通常具有较高的摩擦系数（COF），其摩擦学性能，特别是抗磨损和抗冲击损伤性能仍需进一步改进。因此，开发高性能PU涂层对于减轻磨损、延长机械部件使用寿命至关重要。
在涂层中加入填料可以提高其承载能力，从而改善其摩擦学和机械性能。大量的研究都集中在固体填料上。将纤维加入树脂涂层中可以增强抗变形能力，减少材料分层，并最大限度地减少摩擦界面的接触面积，从而改善摩擦性能。二维（2D）层状材料已被证实能有效降低摩擦和磨损。例如，氧化石墨烯（GO）可以填充树脂固化过程中产生的孔隙，并改变主要的磨损机制。同样，碳化钛（Ti3C2Tx）的加入显著降低了磨损率。其存在改变了界面特性，并有助于形成润滑保护膜，从而有效减少磨损。二硫化钼（MoS2）固有的层状结构使其层间剪切强度较低，因此成为增强耐磨性的有效树脂添加剂。
与固体填料相比，液体润滑剂具有更出色的润滑效率。然而，在树脂基质中实现液体润滑剂的均匀分散仍是一大挑战。微胶囊技术已被广泛用于将液体润滑剂融入树脂涂层中。在外部应力作用下，嵌入的微胶囊破裂并释放出封装的润滑剂。这种自润滑机制显著提高了涂层的摩擦学性能。然而，微胶囊的制备通常涉及复杂的工艺，并且重现性较差。此外，胶囊破裂后润滑剂会迅速耗尽。润滑脂是一种胶体润滑剂，能在增稠剂网络中保留润滑油。这种结构既提高了润滑效率，又增强了油留存能力。复合锂基润滑脂（LCG）易于制备，并具有优异的抗磨损性能和高机械稳定性。因此，将LCG直接且均匀地分散到树脂基质中，是开发自润滑涂层的一种有前景的策略。迄今为止，含润滑脂的树脂涂层研究较少，但这种方法有望提高整体性能。
近期，西南交通大学樊小强团队成功制备了一种具有优异摩檫学性能和抗冲击磨损性能的新型自润滑复合涂层。
采用两步法合成复合锂基润滑脂（LCG），然后将LCG均匀分散到聚脲（PU）树脂基质中，通过喷涂工艺制得PU/LCG-x%复合涂层。
所制得涂层的孔隙率和孔隙体积显著降低，大幅提高了润滑效率并减少了油耗。与纯PU涂层相比，该涂层的摩擦系数降低了90.6%，磨损率降低了79.8%，显著提高了摩擦学性能。该涂层能够实现响应性油释放，在摩擦界面形成润滑膜。该涂层具有高韧性（8.11MJ/m3）和极小的冲击磨损轨迹直径（1.09mm），表现出有效的抗冲击磨损性能，同时也能减轻塑性变形。
本研究为开发先进的自润滑涂层提供了有价值的见解，在各种自润滑机械系统中具有广阔的应用前景。
制造工艺示意图
CLT、LCG以及PU/LCG-x%复合涂层制造工艺示意图。
相互摩擦过程示意图
相互摩擦过程示意图。
冲击磨损机制示意图
冲击磨损机制示意图。
数据来源与出处
相关研究成果以“Lithium composite grease reinforced polyurea composite coating toward anti-friction and impact wear resistance”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
