研究组在超级耐磨涂层研究方面取得进展

摩擦与磨损是自然界广泛存在的物理现象，与人类生活和生产的许多方面密切相联。通过施加表面涂层，可以调节和控制工件在运动接触中的摩擦与磨损行为，有效提高其寿命，拓宽其使役范围。这类耐磨涂层在交通运输、能源利用、环境保护、精密机械、先进制造、医疗仪器、信息存贮等诸多领域已被广泛使用。 
磨损率是评价涂层耐磨能力及工程化潜力最关键的指标。表面涂层一旦被磨耗完毕，则无法为相对运动中的工件继续提供有效保护。因此，从应用的角度考虑，无论在何种使役条件下涂层的磨损率都必须足够低。对于PVD(物理气相沉积)方法制备的耐磨涂层，其典型磨损率在10^-15m³/N m量级或更高。为降低磨损率，国内外研究者多采用引入更复杂涂层结构（如纳米叠层）、表面处理（ABS技术）、或复杂的电源（如HIMPIMS电源）的思路，但效果不明显。 
最近，课题组通过精心选择化学组分并优化制备工艺，成功开发了一系列超级耐磨涂层，其耐磨能力明显优于国际上同类产品的最高水平。他们制备的氮化铬(CrN)、氮化钒(VN)、钒硅氮(V-Si-N)等多种涂层产品，其磨损率低至至10^-17 m³/N m量级或更低，大致是国际上较优水平的100倍左右（见下图）。相关学术论文，近期发表在Surface &Coatings Technology (2014,Vol.248, pp.81-90)和Wear (2014,Vol.315,pp.17-24)上。相关成果已获得国家发明专利授权2项（201210007178.X，201210293633），另有若干项发明专利在申请中。

除了超高的耐磨能力外，他们制备的这类涂层产品可以在多种基底上制备，附着力优异（划痕测试80N以上），硬度可以在25~50 GPa的范围内调节，空气中干摩擦系数0.4以下。 
PVD技术制备的过渡金属的氮化物耐磨涂层，在表面防护中用途最为广泛。对于目前绝大多数的氮化物涂层应用场合，将传统的涂层升级为这类新开发的超级耐磨涂层，有望大幅度提高耐磨水平，进而提高产品寿命。