蒸汽水热法在微弧氧化铝表面构建花椰菜状MoS2润滑膜及其摩擦学性能研究

针对微弧氧化(MAO)铝涂层摩擦系数高的问题，西安理工大学团队创新性地采用蒸汽水热法在MAO表面构建Al掺杂的花椰菜状MoS2润滑膜。该复合涂层通过H2S与钼掺杂MAO涂层的反应，将摩擦系数从0.45降至0.23，显著提升了铝合金在潮湿环境下的耐磨性和抗氧化能力，为表面工程领域提供了新型润滑膜设计思路。

　　

铝合金因其轻量化特性在汽车工业中广泛应用，但其硬度低导致的耐磨性不足成为制约因素。虽然微弧氧化(MAO)技术能在铝表面生成坚硬氧化铝涂层，但多孔粗糙结构反而会增加摩擦系数。更棘手的是，传统润滑剂二硫化钼(MoS₂)在潮湿环境中易氧化失效，而直接物理混合MoS₂又会导致MAO涂层结构破坏。这一矛盾促使西安理工大学周瑞团队在《Surfaces and Interfaces》发表创新研究，通过蒸汽水热法在MAO铝表面构建Al掺杂的花椰菜状MoS₂润滑膜。

研究采用MAO预处理结合蒸汽水热反应的关键技术：首先在含Na₂MoO₄电解液中制备钼掺杂MAO涂层，随后通过硫脲分解产生的H₂S与涂层反应，在酸性蒸汽环境中抑制Al₂O₃层状生长，转而形成特殊形貌的MoS₂。

【结构特征】X射线光电子能谱证实MoS₂与MAO涂层通过Mo-O-Al键形成化学结合，扫描电镜显示花椰菜状MoS₂纳米片均匀填充MAO孔隙。这种结构在保持表面粗糙度不变的情况下，使孔隙率从14.3%降至9.8%。

【摩擦学性能】球-盘摩擦测试显示，复合涂层的摩擦系数较纯MAO涂层降低49%（0.23 vs 0.45），磨损率下降72%。Al元素掺杂促使摩擦过程中形成Al₂O₃保护层，有效阻止MoS₂氧化为MoO₃。

【抗氧化机制】拉曼光谱分析发现，Al掺杂使MoS₂的抗氧化温度提高80°C，在潮湿环境中摩擦系数波动幅度小于±0.02，显著优于传统MoS₂涂层。

该研究突破性地实现了MAO与MoS₂的化学键合，通过蒸汽环境调控水热反应路径，解决了润滑膜与基体结合力差的关键难题。所开发的Al-MoS₂/Al₂O₃复合涂层兼具高硬度和自润滑特性，为铝合金表面工程提供了新范式，特别适合航空航天精密部件的耐磨防护。研究还揭示了元素掺杂对二维材料环境稳定性的调控机制，为设计新型抗氧化润滑材料奠定理论基础。