摘要：随着科技水平的提高，新材料新技术的不断出现，涂层技术得到了快速的发展和应用，本文通过比较金属、合金材料与陶瓷材料的性能，从固体润滑剂、自润滑陶瓷材料及自润滑陶瓷涂层三方面系统地研究自润滑陶瓷涂层的发展和前景。
关键词：固体润滑剂 自润滑 陶瓷 涂层
0 引言
随着科学技术水平的不断发展和提高，传统的材料在一些新兴的高尖端行业中已经远远达不到使用要求。特别是在电子、航空领域要求材料具有抗氧化、高温、磨损等性能，金属和合金材料虽然韧性、可加工性及导电导热性较好，但也存在许多的不足，例如：耐磨、耐腐蚀和耐高温性较差。陶瓷涂层材料由于其很好地弥补了金属和合金材料的不足应运而生，若将二者结合在一起即可以满足现代化发展需要又能节省成本，即将陶瓷涂层材料涂敷在金属和合金材料表面。但这种复合材料的摩擦因数一般较高，很难做到无油润滑的程度，因此对陶瓷基复合材料摩擦性能的研究是迫切的。
1 自润滑材料
摩擦是世界存在的普遍现象，摩擦的危害是非常常见和广泛存在的，例如：摩擦产生静电；轮胎纹路磨平；齿轮的磨损等等。摩擦造成的构件损害是不容忽视的，为了改善构件的摩擦性能，传统的方法是：在构件表面打磨抛光、涂抹润滑剂等。但在极端温度、真空、交变荷载等特殊工作环境下，润滑效果急速下降甚至消失。在该现状下，自润滑材料发挥了其优良特性。
1.1 含油自润滑材料
通过特殊加工，使基体材料本体及周围富含润滑油，为了实现这一目的，这一材料通常具有含油、多孔等特性。孔的目的是为了让润滑剂进入基体材料，但也加速了油体的消耗。而润滑油的含量直接决定了材料的使用寿命，为了延长润滑材料的寿命必须定期补充润滑油，增加了材料的使用成本，因此不适用于极端环境下。
1.2 固体润滑剂自润滑材料
通过一定的工艺，将固体润滑剂和一些附加组元加入到基体组元中而制备成一种高强度的自润滑复合材料。由于该材料含有低摩擦固体润滑剂组分，从而提高了该材料的润滑性能。
一般固体润滑剂包括金属自润滑材料、非金属自润滑材料、高分子自润滑材料三种材料。
1.2.1 金属自润滑材料
金属自润滑材料中使用最为广泛的是软金属自润滑材料。软金属自润滑材料是在基体表面以冶金压制等方法形成一层固体润滑膜，由于软金属剪切强度较低，在摩擦时摩擦材料的表面形成转移膜，降低材料的磨损。
1.2.2 非金属自润滑材料
非金属自润滑材料主要有金属化合物和碳类两种。碳类自润滑材料主要是指石墨，石墨是典型的具有层状结构的材料，层与层之间结合力较弱，极易形成滑移，从而形成润滑的作用。
金属化合物自润滑材料种类繁多，包括硫化物、氟化物、金属盐等。由于金属化合物的原子是化学键结合，异常坚固。而化合物分子之间结合力较弱，因此在分子界面形成润滑效果。一些硫化物和氟化物具有片层装结构，层间结合力较弱，易形成滑移解理面，表现出低摩擦系数，达到自润滑效果。
1.2.3 高分子自润滑材料
高分子自润滑材料由于具有吸收振动、化学稳定性好、耐低温等特点，被广泛应用于真空、低温等环境里。常见的高分子自润滑聚合物有：聚酰亚胺（PI）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚醚醚酮（PEEK）及聚甲醛（POM）等。
2 自润滑陶瓷材料
自润滑陶瓷材料可以分为两大类：一类是在金属对陶瓷、固润组元有良好的润湿性的前提下，制备而成的具有良好的机械和自润滑性能的金属陶瓷复合材料。另一类是在陶瓷及其复合材料中引入固润组元，形成自润滑陶瓷复合材料。国内已经开展广泛的研究并取得一定的成果。例如，赵志强等人以GaF2为固体润滑组元制备了AGF（Al2O3-GaF2-15glass）系列自润滑陶瓷材料；王静波等制备了Ni-WC-PbO系自润滑金属陶瓷材料；蒋阳等以石墨为固润组元制备了石墨/ZTA自润滑陶瓷基复合材料，王芬等人以hBN为固润滑组元；制得了Al2O3/hBN自润滑复合陶瓷等。可见，在陶瓷材料中加入固体润滑剂已成为实现其自润滑的一条重要途径。
3 自润滑陶瓷涂层
在日新月异的今天，传统的金属或合金材料已达不到现代工业生产的要求，制备高硬度、耐磨损，并且在低温、高强度、真空等特殊环境下仍能够与基体结合强度高的固体自润滑涂层的发展和研究已经成为摩擦学界的一个重要问题。对于自润滑涂层来说，通常情况下，是以金属、陶瓷或非金属作为基本组元，同时加入相应的固体润滑剂和一些附加组元制备而成，它兼具基体组元的力学性能和固体润滑剂的摩擦学特性，具有一定的强度和自润滑性能。通过化学镀技术、电镀技术、激光熔覆技术、热喷涂技术等多种制备技术都可以制作自润滑涂层。目前，关于硫化物、镍包石墨涂层以及添加润滑相的合金镀层研究的比较多。尽管对自润滑陶瓷涂层的研究较少，但陶瓷涂层的自润滑研究已经引起了较为广泛的重视，王华明等制备出了以氧化物陶瓷Al2O3为基、以CaF2为自润滑相的陶瓷基高温自润涂层；应丽霞等采用包覆的Ni包TiB2和Ni包石墨超细微粉，制备了金属陶瓷自润滑复合涂层。刘秀波，孟祥军等以NiCr/Cr3C2金属陶瓷复合粉末与WS2固体自润滑剂为原料制备了自润滑复合涂层。研究结果均表明，通过自润滑组元的添加，能够在一定成度上降低摩擦系数。
4 总结
新型结构陶瓷材料的优势主要表现为：强度高、硬度高、刚度高、密度低，以及优异的化学稳定性和高温力学性能等，凭借这些优势，新型结构陶瓷材料得到广泛的应用。但是，由于新型结构陶瓷材料的摩擦系数比较高，在这种情况下，实现无油自润滑存在一定的难度。
因此，陶瓷自润滑复合材料及其摩擦学性能受到人们的普遍关注，也开展了很多相关研究。但对于自润滑陶瓷涂层的研究较少。目前，自润滑陶瓷涂层的研究处于起步阶段，综上可见结合陶瓷自润滑材料组分，利用自润滑涂层制备技术，制备自润滑陶瓷涂层具有一定的可行性。
其试验数据缺乏统一性、可比性，工业生产存在一定的距离。
因此，开展自润滑陶瓷涂层的相关制备技术与理论研究，已成为摩擦学领域一个值得探讨的重要方向。
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