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近期，西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所陈磊教授等人在Science China Technological Sciences发表了题为“Combined effect of WS2 and Ti3C2Tx MXene favors oil-based ultra-low friction on rough steel–steel interface at elevated temperatures”的研究论文，发现WS2和Ti3C2Tx MXene纳米片作为油基润滑添加剂有助于实现高温（400℃）下钢–钢表面摩擦和磨损的大幅降低。该方法使用简单有效，有在不同工业领域中作为通用高温减磨方法的潜力。该文为“超滑科学与技术”专题文章，欢迎您关注！

摩擦和磨损是运动部件故障和使用寿命缩短的主要原因，会对工业和经济规模造成巨大损失，约占世界总能源消耗的23%（相当于119 EJ）。这种能量消耗主要是由摩擦和磨损相关故障而对磨损部件和辅助设备进行再制造引起的。运动部件在运行过程中会产生大量热量，高温下的磨损给许多技术流程和操作加工带来了严重的问题，包括材料加工、齿轮传动、轴承、汽车系统、金属切削、热锻造、冲压和成型等。在超出标准温度范围运行的部件会因摩擦和磨损加剧而放大材料可靠性和性能的不确定性，带来复杂的摩擦学挑战。常规润滑液的润滑性能在高温环境下会受到严重限制并大幅降低，实现高温环境下稳定可靠的润滑一直是各个工业领域长期以来的目标。

本文发现WS2和Ti3C2Tx MXene纳米片的添加显著改善了基础油在高温（400℃）下的润滑性能（图1），大幅降低了摩擦系数（甚至实现了短时间的超滑）和基底磨损率，这是迄今为止使用任何一种单独的纳米片都无法实现的。

图1 不同润滑剂在400℃高温下的摩擦学行为。（a）持续1小时的摩擦系数（COF）的变化；（b）平均稳定摩擦系数和基底磨损率

热重与黏度测试表明（图2），两种添加剂的使用提高了基础油的热稳定性和黏度，增强了润滑油在高温下的稳定性和承载能力。

图2 每种润滑剂的（a）热重分析，（b）导数热重分析和（c）动态黏度

X射线光电子能谱（图3）、透射电子显微镜（图4）和原子力显微镜（图5）测试表明，在摩擦界面间形成的富含铁/钛/钨的复合氧化膜起到了润滑膜的作用，大幅降低了界面剪切应力，实现了超低摩擦和磨损。

图3 基底磨痕内的X射线光电子能谱结果。（a）C 1s；（b）O 1s；（c）Fe 2p；（d）Ti 2p；（e）S 2p；（f）W 4f

图4 基底磨痕的横截面二次电子图像和能量色散X射线光谱元素图像

图5 基底磨痕内的AFM测试结果。（a）摩擦力作为法向载荷的函数，其中实线是计算COF的线性拟合；（b）平均摩擦系数

通讯作者简介

陈磊，西南交通大学机械工程学院教授、博士生导师，国家优秀青年基金获得者、国家重点研发青年科学家项目首席、四川省自然科学基金创新研究群体带头人、四川省天府计划科技菁英。研究方向主要为超精密抛光及表面摩擦性能调控相关研究。主持国家自然科学基金、国家重点研发项目等项目20余项。在Nature Communications、PNAS、ACS Nano、Nano Letters、Small等国际期刊发表SCI论文80余篇，授权国家发明专利22项。获教育部自然科学一等奖、中国摩擦学年度优秀论文奖等。应邀在国际和国内学术会议上作邀请报告20余次，担任分会主席5次；担任Chin J Mech Eng-en、Ind Lubr Trib等多个期刊编委。晶圆表面单原子层可控去除的研究成果被Science官网（AAAS）等专题报道，指出“开创了原子精度加工的新方法”。提出的“能否实现材料表面原子尺度可控去除”科学问题入选2022年度中国科协10大前沿科学问题。

西南交大陈磊教授团队论文|WS2和Ti3C2Tx MXene的协同作用助力高温下粗糙钢–钢界面上的油基超低摩擦