在表面工程领域，利用热喷涂技术制备的Al2O3、ZrO2基涂层应用广泛，但由于陶瓷材料本身的特性和制备工艺的特点，利用热喷涂技术制备的陶瓷涂层润滑性能不突出，从而制约了其在高端装备中的应用。
中国科学院兰州化学物理研究所研究员周惠娣课题组长期致力于热喷涂陶瓷基涂层工艺和性能的研究。最近，该课题组利用涂层本身具有的内部微观孔隙或裂纹，通过水热反应法，在这些孔隙和裂纹内部原位生长出具有润滑特性的纳米片状MoS2。该方法实现了润滑剂在摩擦表面的有效引入，并对陶瓷涂层摩擦表面原有的缺陷进行了修复，最终实现了热喷涂陶瓷涂层与金属对偶之间的有效润滑，显著降低了陶瓷涂层对金属对偶的磨损。
在此研究基础上，为了获得具有超长寿命、低摩擦系数和磨损性能的陶瓷基复合涂层材料，受骨松质结构和关节软骨营养机制的启发，研究人员利用热喷涂工艺制备出了一种具有优异摩擦学性能的仿生智能涂层。该涂层在较大范围内的摩擦速率和载荷变化下，可保持低的摩擦系数，其在高载荷下（1.4GPa）的摩擦系数为<0.065，并且具有优异的摩擦寿命（> 1×106 转）。在超长时间的摩擦测试过程中，该涂层不仅自身展现出近零磨损的特性，而且对对偶材料的损伤极其轻微，这种优异的摩擦学性能得益于该陶瓷复合涂层以摩擦热和压力为驱动力和修复力，在摩擦表面形成了可不断修复的类“软骨层”。相关结果近期相继发表在Ceramics International, 2017, 43(9): 6976-6986，Materials Letters 193 (2017) 199–202和ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.7b03986）。
上述研究工作得到了中科院“青年创新促进会（2014378）”和“西部之光”西部青年学者A类人才培养项目的长期支持。
图1 内孔原位生长固体润滑相的复合涂层的摩擦学性能
图2 具有优异摩擦学性能的仿生智能涂层
