需要更有效的润滑以实现新发动机的苛刻工作条件。所有发动机的耐用性，排放和燃油经济性都与润滑效率紧密相关。润滑不足或效率低下会导致较大的摩擦和磨损损失，这可能会对发动机的燃油消耗和使用寿命产生负面影响。此外，高燃料消耗会导致更多污染，因此，至关重要的是要开发出排放更低，燃油经济性更高的新型发动机。

所有这些都可以通过使用固体润滑剂来获得。在液体润滑剂不能胜任或不可能的情况下，例如在太空，真空或汽车中，固体润滑剂在提高耐磨性方面占据着特殊的位置。

在过去的几年中，金属基质纳米复合材料作为固体润滑剂已受到许多研究人员的关注。

油脂是半固体润滑剂；当润滑剂必须留在一个地方或粘在一个零件上时，它们可代替油使用。油脂不会像油一样容易泄漏。油脂用于润滑，以防止摩擦和磨损，防止腐蚀，提供对灰尘和水的密封，提供不会泄漏或滴落在其所应用表面上的润滑以及长时间润滑没有崩溃。

在纳米技术的大领域中，基于金属基质的纳米复合材料已成为研究和开发的重要领域。由于其润滑性，含有过渡金属碳化物，氮化物，硼化物和氧化物的纳米复合材料吸引了全世界的研究人员。

具有卓越的机械和摩擦学性能的轻质自润滑金属基复合材料吸引了汽车和航空航天工业的多种应用。

纳米复合材料的兴趣

根据定义，复合材料是由两种或多种具有显着不同的物理或化学性质的组成材料制成的，它们在完成的结构内在宏观，微观和纳米尺度上保持分离和不同[1]。

（c）复合材料科学与工程25，4; 10.1515 / secm-2016-0278

构成材料之一，称为增强相，是纤维，薄片或颗粒的形式。它被嵌入另一种称为基质相的材料中。但是，由于现有的复杂的材料架构，这是如今已变得更广泛的传统定义。

增强材料和基质材料可以是金属的，陶瓷的或聚合物的。由于发生协同效应，复合材料的整体性能在许多情况下优于单个组件的性能[2]。

通常，增强物的尺寸影响机械性能，例如强度，延展性和自润滑金属基复合材料（MMC）的断裂。通过增加钢筋尺寸，抗张强度和延展性同时降低。由较大颗粒增强的MMC容易形成缺陷，例如在机械测试过程中破裂，这会导致复合材料过早失效。

因此，预期当增强尺寸在纳米范围内时具有优异的性能。如果将纳米颗粒（NP）嵌入金属基质中，则所得材料通常被称为“纳米复合材料”。

通常，就机械性能而言，期望具有在纳米范围内的基体晶粒尺寸，以实现增强的硬度，屈服强度以及诸如耐磨性和摩擦系数的摩擦学性能。使用纳米级颗粒作为增强材料还可以增强复合材料的杨氏模量和拉伸强度，并改善摩擦学性能。

自润滑纳米复合材料的摩擦学

摩擦学是“相对运动中相互作用表面的科学与工程” [3]。它来自希腊语“ tribos”（摩擦），包含润滑，磨损和摩擦的原理[4]。在外力作用下，两种材料相互接触，两个表面的粗糙表面紧密接触并在移动过程中发生表面劣化，这就是所谓的磨损。

通常，为了避免摩擦，从而避免磨损下的材料变质，可使用液体或固体润滑剂。然而，在诸如高真空环境，高速条件，高施加负载以及非常低或高温的情况下，液体和油脂型润滑剂是不希望的。

在这样的摩擦学系统中，液体和油脂型润滑剂被固体润滑剂涂层所代替，该固体润滑剂涂层用于降低摩擦系数（COF）和磨损率。

固体润滑剂是包含添加剂的化合物组合，这些添加剂旨在通过分离接触表面来减少摩擦。由于NPs的纳米级尺寸，人们对NPs的使用表现出了浓厚的兴趣，这使它们能够渗透各种几何形状的接触，填充接触粗糙之间的间隙，并形成在高压下持久存在的?；ば员呓缒ぃㄍ?）[ 6,7]。

图1.（a）两个表面之间的实际接触（红色）（蓝色），（b）NP可以渗入瑕疵并增加接触面积，从而降低杂质内部的局部接触压力。

纳米颗粒已高度用作油分散体，固体润滑剂或涂料夹杂物。使用NP作为润滑剂添加剂有一些好处。由于它们的尺寸小，它们可以覆盖接触粗糙物之间的间隙[8]。

由于其较大的表面积，它们还具有较高的强度和硬度[9]。但是，此较大的表面积导致较大的表面能，这使它们在热力学上不稳定，并且它们的分散体趋于聚集。为了避免这种情况，需要使用表面活性剂对纳米颗粒进行功能化[10]。

NP可以以两种形式存在：

• 2H –每个六边形晶胞2层（图2）

• IF –无机富勒烯状（图3）。

在2H-形式中，层是平坦的，并具有“悬空键” 11（边缘效应可能会由于抛光或氧化而使NP变质）。但是，在IF结构中，各层被四舍五入，形成“洋葱状”的笼子，这使它们对化学物质更具惰性[6,12,13]。

已经公开了在相对较低的PV（负载x速度）下，IF击败2H NP，尽管在高PV条件下，2H更好[14]。

图2.左侧，通过低层间剪切力润滑2H-MS2 NP。右边是2H-MoS2 TEM图像。

图3.左侧为IF层示意图。右边是IF-WS2 NP的HRTEM图片，展示了它们的洋葱状结构。

IF-和2H- MS2的润滑机理

MS 2血小板的基面由完全键合且无反应性的硫原子组成（图4）。因此，晶体对下表面的反应性低，导致水蒸气的吸收低。此外，末端S原子的表面能相当低，使得它们相对于金属表面容易剪切。

相邻层之间较弱的范德华SS相互作用使层之间可以简单地相互剪切，这有助于形成有效的润滑机制（图2）。

但是，2H-MS 2晶体具有极强的各向异性和反应性。虽然基面的S原子完全键合，因此不具有反应性，但其他平面上的M和S原子却不完全键合，因此具有很高的反应性（图2）。

因此，简单的剪切受到干扰，从而导致有效的润滑。然后，在两个配合表面之间的摩擦过程中，血小板很快被抛光和氧化。这说明了由于2H-MS 2 NP迅速变质而导致的润滑剂使用寿命短。

图4. 2H-MoS2 NP的基础，M和S平面示意图。蓝色原子代表金属，绿色原子代表硫。

IF-MS 2 NP的摩擦机制的特征在于其外层剥落，从而在接触表面之间输送单层（见图5）并降低了摩擦系数[19]。

Schwarz等。研究了压力和粘附力对富勒烯摩擦学的影响[20]。NP由于范德华力而附着在表面上，范德华力与颗粒的半径成比例，并且与构成IF-NP的层数无关。

富勒烯会由于施加到NP的压力而脱落，从而破坏系统的稳定性。在粘附条件下，仅发生第一片（1片或2片第一片）的剥落。之后，纸张会粘附在表面上，形成薄膜，从而将边缘效应降至最低[21]。

图5. IF-MS2 NP的摩擦机理示意图。注意，各个层恰好在接触表面之间传递[22]。

由于它们的纳米尺寸，富勒烯可以轻松地渗透到接触表面的孔中，而2H-MS 2 NP则要大得多，并且不能穿过孔。这些孔充当IF-MS 2 NP的储层，并经常在摩擦过程中提供接触面积。一些研究已经证实，由于摩擦后拍摄的SEM图像，NPs可以渗入杂质[14、18]，并在摩擦过程中在接触区被释放和活化。

NP增强的MMC的合成

可以使用不同的技术将NP整合到摩擦表面中。它们可以简单地分散在油中以减少表面之间的摩擦[23]。但是，在某些不适合使用油的空间应用中，会使用洒水，摩擦或打磨的方法[18]。许多固体润滑剂在气雾剂中混合并直接喷到表面[24]。

其他则在金属基质的帮助下进行电沉积[25]。而且，粉状固体润滑剂可以与合适的环氧树脂和粘合剂高度结合，从而延长表面的使用寿命[26]。

然而，在现有技术中，选择薄膜固体润滑剂代替粘结形式或粉末。薄膜可在表面上通过先进的真空工艺等被沉积磁控溅射[27,28]离子镀，离子束辅助沉积（IBAD）[29]或等离子体增强化学气相沉积（PECVD）[30]，以获得粘结力强，厚度均匀，耐磨寿命长，组织致密。

结论

这篇综述对IF-NP和2H-NP的固体润滑进行了重点概述，从它们的结构基础开始，然后分析了它们用作固体润滑剂和相应的摩擦学性能。

IF和2H- NP具有卓越的性能，包括大的长径比，出色的高杨氏模量和强度。

这些独特的性能吸引了研究人员将其用作金属材料基复合材料的增强材料，以增强复合材料的性能，并使它们坚固，轻巧并具有自润滑性。