关于陶瓷相（h-BN）在优化NiMoAl基涂层摩擦学性能方面的影响的研究，这些涂层是通过冷喷涂技术在广泛的温度范围内（25°C–800°C）沉积的

《Surface and Coatings Technology》：Insight into the influence of ceramic phase (h-BN) in optimizing the tribological behavior of NiMoAl based coatings in broad range of temperatures (25?°C–800?°C) deposited by cold spray

本研究采用h-BN增强的NiMoAl基体涂层，通过冷喷涂技术制备，并在25°C至800°C的高温摩擦试验中评估其摩擦学性能。结果表明，添加5% h-BN的NWAB5涂层在800°C时摩擦系数降至0.13，形成稳定的NiO、NiMoO4、WO3和AgMoxOy润滑层，显著降低磨损率并保持优异抗氧化性。

　　在当今工业技术快速发展的背景下，材料的性能与使用寿命已成为影响设备效率和安全性的关键因素。特别是在高温、高压和高接触应力的极端环境下，传统材料往往难以满足实际应用的需求。因此，开发具有优异摩擦学性能的新型复合材料成为科研和工程领域的重要课题。本研究聚焦于通过冷喷涂技术制备的NiMoAl基涂层，探索添加不同含量的六方氮化硼（h-BN）对其摩擦学性能的影响，旨在为极端温度条件下的材料应用提供新的解决方案。

摩擦学系统，如燃气轮机、飞机发动机和汽车发动机，通常需要在高温、高压以及广泛的温度范围内运行。在这些系统中，材料的选择对组件的性能和使用寿命起着决定性作用。为了应对这些严苛的条件，研究者们不断寻求能够提高材料在极端环境下摩擦学性能的创新方法。其中，复合材料和混合涂层因其能够结合多种材料的优点，成为研究的热点。例如，某些具有层状结构的二维纳米材料，如MXenes、六方氮化硼（h-BN）、石墨和过渡金属二硫属化物（TMDs），因其能够形成易于剪切的界面，从而显著降低摩擦和磨损，被广泛应用于滑动和滚动轴承、齿轮等关键部件。然而，单一固态润滑剂在广泛的温度范围内往往难以维持理想的润滑效果，这主要是由于其性能随温度变化而波动，导致在某些温度下润滑性能下降甚至失效。

为了解决这一问题，研究者们开始关注开发能够在宽温度范围内保持稳定性能的混合润滑系统。这类系统通常结合具有不同特性的材料，以弥补单一材料的不足。例如，氟化物和氧化物材料在高温环境下表现出良好的抗氧化性和润滑稳定性，但在低温条件下可能无法提供足够的润滑性。相反，石墨和二硫化钼（MoS?）等材料在低温下具有优异的润滑性能，但在高温下容易氧化，从而失去其功能。因此，如何在不同温度条件下实现材料性能的优化，成为摩擦学研究的重要方向。

近年来，六方氮化硼（h-BN）因其独特的物理和化学性质，被广泛认为是一种具有潜力的固态润滑材料。h-BN具有层状晶体结构，类似于石墨和二硫化钼等传统润滑材料，这使其在高温条件下能够提供稳定的润滑性能。此外，h-BN具有良好的化学惰性、优异的热导率以及对氧化的抵抗力，使其在存在反应性气体或高氧含量的环境中表现出色。这些特性使得h-BN在高温润滑应用中具有显著优势。然而，h-BN在金属基体中的应用仍面临一些挑战，例如其较差的烧结性能和与金属基体的低润湿性，这可能限制其在某些应用中的性能表现。

为了克服这些局限性，研究者们尝试将h-BN与其他固态润滑材料结合使用，以实现更优的润滑效果。例如，银（Ag）在低于400°C的温度范围内表现出良好的润滑性能，能够在接触面之间形成稳定的润滑膜，从而降低摩擦系数和磨损率。然而，当温度超过400°C时，银与NiMoAl涂层中的钼（Mo）成分会发生摩擦化学反应，生成银钼酸盐等氧化物，这些氧化物在高温下能够进一步降低摩擦系数并提高涂层的耐磨性。因此，银与h-BN的协同作用可能在不同温度条件下发挥重要作用。

基于上述背景，本研究采用冷喷涂技术制备了三种NiMoAl基复合涂层：NWAB0（不含h-BN）、NWAB5（含5 wt% h-BN）和NWAB10（含10 wt% h-BN）。这些涂层均含有固定的10 wt%的WS?和Ag。通过在25°C至800°C的宽温度范围内对涂层进行摩擦学测试，研究其摩擦系数和磨损率的变化规律。同时，对涂层的微观结构和表面特性进行了分析，以揭示其摩擦学性能变化的机理。

实验结果表明，随着h-BN含量的增加，涂层的显微硬度逐渐降低。具体而言，不含h-BN的NWAB0涂层表现出最高的显微硬度（435 HV?.?），而随着h-BN含量的增加，其硬度显著下降。然而，h-BN的添加并未影响涂层的整体强度，反而通过降低摩擦系数和磨损率，提升了其在高温条件下的润滑性能。在摩擦测试过程中，NWAB5涂层表现出最佳的润滑性能，其摩擦系数从室温（25°C）的0.27降至800°C时的0.13，同时磨损率也大幅下降。相比之下，NWAB10涂层的摩擦系数和磨损率虽然有所改善，但并未达到NWAB5的水平。

这一现象表明，h-BN的添加量对涂层的摩擦学性能具有重要影响。在5 wt%的含量下，h-BN能够有效促进润滑膜的形成，从而显著降低摩擦系数和磨损率。然而，当h-BN含量增加至10 wt%时，虽然其润滑性能仍然优于NWAB0，但其对摩擦系数的降低作用并未继续增强，反而可能因h-BN在金属基体中的分布不均或与其他成分之间的相互作用而受到一定限制。因此，确定h-BN的最佳添加量对于优化涂层的摩擦学性能至关重要。

为了进一步理解h-BN对涂层性能的影响，研究者对涂层的微观结构和表面特性进行了详细分析。结果表明，h-BN的加入促进了摩擦化学反应的发生，从而在高温下形成了稳定的氧化物润滑膜。这些润滑膜包括氧化镍（NiO）、氧化钨（WO?）、氧化镍钼（NiMoO?）以及银钼酸盐等。这些氧化物不仅能够降低摩擦系数，还能够提高涂层的耐磨性，使其在高温条件下表现出更好的性能。

此外，实验还发现，h-BN的添加能够改善涂层的表面粗糙度和结构均匀性，从而减少接触面之间的微观不平度，降低摩擦阻力。在高温下，h-BN的层状结构能够形成易于剪切的界面，进一步降低摩擦系数。同时，h-BN的化学惰性和热导率使其在高温环境中能够有效传递热量，防止局部过热导致的材料性能下降。

值得注意的是，冷喷涂技术在本研究中展现出独特的优势。与传统的高温喷涂技术（如高速氧燃料喷涂HVOF或大气等离子喷涂APS）相比，冷喷涂能够在较低温度下完成材料的沉积，避免了高温对涂层性能的不利影响。冷喷涂过程中，氮气或氦气被加热后通过收敛-发散喷嘴加速，使金属粉末颗粒达到超音速速度。这些颗粒在撞击基材表面时经历剧烈的塑性变形，从而形成牢固的机械结合。由于冷喷涂过程中的温度较低，金属颗粒不会发生熔化，而是通过塑性变形和机械锁定实现与基材的结合，从而避免了热应力对涂层结构的破坏。

通过冷喷涂技术制备的涂层不仅具有良好的结合强度，还能够保持较高的表面质量。这使得涂层在高温环境下仍能保持稳定的摩擦学性能。此外，冷喷涂技术的低温特性也使得涂层在高温条件下能够更有效地形成润滑膜，从而提高其在极端环境下的适用性。

本研究的发现对于未来高温摩擦学材料的设计和应用具有重要意义。首先，通过优化h-BN的添加量，可以实现涂层在不同温度范围内的性能平衡。例如，在低温条件下，银的加入能够提供良好的润滑性能，而在高温条件下，h-BN的添加则能够显著降低摩擦系数并提高耐磨性。这种协同作用使得混合润滑系统能够在广泛的温度范围内保持稳定的性能，从而满足工业设备在复杂工况下的需求。

其次，本研究揭示了h-BN在高温润滑中的重要作用。h-BN的化学惰性和热导率使其能够在高温环境下有效形成润滑膜，从而减少摩擦和磨损。同时，h-BN的层状结构使其能够提供易于剪切的界面，进一步降低摩擦系数。这些特性使得h-BN成为一种理想的高温润滑材料，具有广阔的应用前景。

最后，本研究的实验方法和结果为未来相关领域的研究提供了重要的参考。通过冷喷涂技术制备的涂层不仅能够保持良好的机械性能，还能够在高温条件下表现出优异的摩擦学性能。这表明，冷喷涂技术结合适当的材料选择，可以成为开发高性能摩擦学材料的有效手段。

综上所述，本研究通过系统的实验分析，揭示了h-BN在NiMoAl基复合涂层中的关键作用。在不同温度条件下，h-BN的添加能够显著改善涂层的摩擦学性能，特别是在高温范围内，其形成的润滑膜能够有效降低摩擦系数和磨损率。这一研究成果不仅为高温摩擦学材料的设计提供了新的思路，也为工业设备在极端环境下的应用提供了有力的技术支持。未来的研究可以进一步探索h-BN与其他材料的组合，以实现更广泛的温度适应性和更优的性能表现。