6061铝合金表面自润滑复合涂层的设计与性能研究：基于阳极氧化中间层的协同增强机制

为解决铝合金表面涂层结合力不足和摩擦性能差的问题，研究人员通过阳极氧化(AAO)中间层设计，开发了具有自润滑特性的AAO-Cu/Ni-P复合涂层。该涂层通过纳米管结构固定铜颗粒实现持续润滑，使摩擦系数降低42.9%，磨损量减少86.7%，为高性能铝合金表面处理提供了新技术方案。

　　

铝合金因其轻质高强的特性，已成为汽车、航空等领域的关键材料，但表面硬度不足和易磨损的问题长期制约其应用。传统镀镍磷(Ni-P)涂层虽能提升表面性能，但锌置换预处理形成的结合力有限，且缺乏自润滑功能。如何在保证涂层结合强度的同时实现长效减摩，成为当前研究的重点挑战。

江苏某高校的研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表创新成果，通过三步法在6061铝合金表面构建了AAO-Cu/Ni-P复合涂层。首先利用阳极氧化(Anodic Aluminum Oxide, AAO)形成蜂窝状纳米管结构，随后电沉积铜(Cu)颗粒作为固体润滑剂，最后化学镀镍磷(Ni-P)完成涂层封装。这种设计既通过AAO层的机械互锁增强结合力，又借助铜的持续释放实现自润滑功能。

关键技术包括：1) 阳极氧化制备AAO中间层；2) 脉冲电沉积在纳米管中嵌入Cu颗粒；3) 化学镀Ni-P形成表面保护层。通过SEM观察微观结构，EDS分析元素分布，摩擦磨损试验机评估性能，并与传统Zn/Ni-P、AAO/Ni-P涂层对比。

微结构表征显示，AAO-Cu/Ni-P涂层的凸起结构尺寸更均匀，截面可见Cu颗粒均匀分布在AAO纳米管中。XRD证实涂层中存在Cu和Ni₃P相，这种复合结构为自润滑功能奠定基础。

结合力测试表明，AAO中间层使涂层结合强度提升3倍以上，划痕试验中AAO-Cu/Ni-P的临界载荷达35N，远超传统Zn/Ni-P的11N。这归因于AAO纳米管与镀层的机械互锁效应。

摩擦学性能方面，含Cu涂层的摩擦系数稳定在0.28，比AAO/Ni-P降低42.9%。磨损体积从8.7×10^-3 mm³/Nm降至1.15×10^-3 mm³/Nm，降幅达86.7%。机理分析表明，磨损过程中Cu颗粒从纳米管缓释，在摩擦界面形成润滑转移膜。

该研究创新性地将金属基固体润滑与阳极氧化技术结合，解决了传统铝合金涂层"高结合力"与"低摩擦"难以兼顾的矛盾。AAO-Cu/Ni-P涂层在船舶轴承、航空导轨等极端工况部件中具有应用潜力，其设计思路为多功能复合涂层开发提供了新范式。研究获得江苏省自然科学基金等项目支持，相关技术已申请专利保护。