具有固体润滑作用的薄膜主要包括物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应膜、氧化膜、涂层润滑膜以及自润滑膜等。某些固体润滑剂能够与摩擦表面形成牢固的物理吸附膜;润滑剂的极性分子能够同摩擦表面经由化学吸附形成化学吸附膜；某些润滑剂分子可以同摩擦表面发生化学反应而形成化学反应膜；摩擦表面或工件材料中的某些元素在高温作用下产生氧化形成氧化物润滑膜；利用涂层技术可以在摩擦表面形成润滑涂层;通过对摩擦表面材料进行合理组合设计也可以使摩擦表面材料形成具有自润滑作用的自润滑膜。硬质类固体润滑涂层一般含有碳化物(DLC)和某些氧化物。软质类固体润滑涂层一般包含高分子材料、软金属、卤化物和硫化物等。一些具有层状结构的软质类固体润滑涂层如石墨、二硫化钼等已得到了广泛的研究, 并且得到了充分优化设计以满足特殊条件的应用。一般来说, 单层单组分的固体润滑涂层性能不能同时满足低摩擦因数和磨损速率的要求, 只有极少数的单层单组分的润滑涂层得到了工业应用。其制造工艺一般为PVD ,CVD , PLD(Plus Laser Deposition), IBAD(Io n Beam Assi sted Depo sitio n)等, 其特点是工艺比较简单, 但制造设备条件要求比较高, 涂层一般具有一二种相结构, 厚度在几十个微米以下, 工作时, 润滑转移膜在1μm左右。目前商业上比较成功的润滑涂层有单层的MoS2涂层(或者掺杂了Ni , Au , Pb 等元素), 金刚石和类金刚石 (DLC)结构涂层, 软金属(或其氧化物)和部分高分子材料等。像MoS2、石墨、BN、某些硼酸盐等，它们有着类似的层状晶体结构, 层与层之间移动的范德华力比较小, 导致他们具有较低的摩擦因数, 但是它们的摩擦性能受环境(水蒸气, 氧气等)的影响较大。比如水蒸气可以降低石墨的摩擦因数, 反而增加了MoS2的摩擦因数, 而在真空中MoS2的摩擦效果要好于空气中。其原理可解释为:石墨吸收气体后, 使其层与层之间的距离增大, 从而削弱了层间大π键的键能, 导致了剪切强度的减小；石墨晶体的棱边缘有很高的活性, 与氧气、水蒸气发生反应得到了含不同氧化基团表面, 同时水蒸气中的氢键降低了棱面的表面能, 因此, 摩擦剪切力也就降低了。相反，MoS2在空气中磨擦磨损时水蒸气加剧了它的分解和氧化，因此，产生较高的摩擦因数。软金属材料, 金属氧化物在室温情况下一般具有很高的剪切力, 但是某些金属氧化物在高温情况下具有极低的剪切力, 因此具有非常低的摩擦因数。Peterson评价了许多金属和氧化物在高温下的摩擦磨损行为, 列举了氧化物在3种温度下的摩擦因数, 在200℃左右CrO3和Re2O7 起有效的润滑作用, 然而在高温下Re2O7 挥发, CrO3与表面及氧进一步反应, 故已不能用于润滑。在接近600℃时许多氧化物具有润滑作用, 如B2O3， ReO2，CuO，Cu2O，CoO , MoO3 , Fe3O4，V2O5 和Fe2O3，但它们在低温下润滑作用不明显。具有优良综合性能的涂层基本上是多层多组分涂层或者是多组分的梯度结构涂层。一般通用模型是, 最低层为硬度比较高的材料, 中间层为韧性好而且耐腐蚀、氧化的材料, 最上层为润滑涂层。如果基材比较软, 底层的硬质相是必须的, 它在摩擦磨损的过程中起着耐磨且支撑润滑相的作用。因此设计涂层涉及到的支撑相材料可以是硬质润滑剂, 也可以是其它较硬的材料(如碳化物、氮化物、硼化物), 例如SiC ,Cr3C2 等。多层多组分结构和梯度结构可以更好地抑制单组分的缺点, 通过添加其它相来提高涂层的质量, 优化涂层, 获得了比单组分性能更好的固体自润滑涂层。目前许多梯度涂层的研究已经达到了工业应用的水平。比如包含TiN和MoS2的涂层比单一的TiN和MoS2的摩擦性能要好。
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