摘要：耐磨涂层具有摩擦系数低、承受载荷大、适用温度范围宽等优点，在航空航天、民用机械等领域获得了广泛的应用。本文按基体材料的不同，综述了粘接耐磨涂层的研究进展和发展趋势，着重介绍了材料的制备工艺和成分设计，并简要概述了最新的应用进展。
关键词：耐磨涂层；磨损；粘接
1 前言
耐磨涂层按成型工艺通常可分为热喷涂耐磨涂层和化学粘接耐磨涂层。热喷涂耐磨涂层是采用等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂在金属表面喷涂陶瓷、合金、氧化物、氟塑料等形成的耐磨涂层。化学粘接涂层是指采用各种树脂、弹性体等配制的耐磨涂层胶，涂敷到金属表面后自然或加热固化所得的耐磨涂层。采用热喷涂技术和化学粘接技术所得到的耐磨涂层均具有优良的耐磨性能。热喷涂工艺需专门的设备和熟练的操作技术，涂层相对较薄，大面积施工效率低，一般用作较小部件的处理。化学粘接工艺简单，一般只需按照配好的耐磨胶，均匀涂敷于需防护的部位即可，尤其适用于大面积物流冲刷件的防磨处理。
粘接耐磨涂层是以高分子材料为粘料，加入耐磨填料、固化剂以及其他助剂制备成耐磨涂料，涂覆于基材表面，固化后可以起到防止基材表面磨损的作用，或用于修复已磨损的基材表面。粘料是耐磨涂层的基本成分之一，它在很大程度上决定了涂层的粘附力、强度、耐温性、耐磨性等基本性能。通常采用的粘料有环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚砜等。固体润滑剂材质较软，当与其他材料对磨时，能在2个表面形成固体润滑膜，从而减小摩擦系数来增加耐磨性。常用二硫化钼(MoS )、石墨、聚四氟乙烯（PTFE）、金属氧化物、卤化物、硒化物、软金属等充当固体润滑填料。以固体润滑剂为主要填料形成的粘接耐磨涂层有时也称为固体润滑涂层。
2 粘接耐磨涂层
2.1 环氧树脂耐磨涂层
环氧树脂（EP）是一种性能优异、应用广泛的热固性树脂，但由于固化后形成较致密的芳香结构，交联密度大，内聚力高，因此其变形能力差，呈脆性状态。为克服此缺点，国内外学者对此进行了大量改性研究 。张玉金 等人合成了含有端环氧基聚醚氨酯的环氧树脂增韧稀释剂(U669)。将该化合物与环氧树脂(E51)共混，通过扫描电镜观察其断面微观结构，发现其固化物具有海岛结构而具有较好的韧性和耐磨性；这是因为U669弹性体的孔洞粒径大致为0.5~1.0 μm，是作为第2相分散在基体环氧树脂中。基体中的橡胶相具有耐冲击性，在材料受到冲击时橡胶相粒子能吸收能量，从而抑制裂纹扩展，起到增韧作用 。
丁剑，郭强 等人用环氧树脂和导电石墨的复合配方，采取液相固化成膜的工艺路线，制备出导电耐磨涂层。当石墨用量为1.25倍渗流临界值时，涂层比磨损率最低为1.791×10 mm / (N·m)。
酚醛环氧也常用作耐磨涂层的基料。李燕 等人考查了Si0 添加量对MoS /酚醛环氧树脂摩擦学性能的影响，发现涂层的摩擦系数降低、耐磨性增强。SiO 添加量为2％(质量分数)的复合涂层摩擦系数最低，大约比未添加时降低了32％，磨损率比未添加时降低了33％以上；当SiO 添加量为1％(质量分数)时，复合涂层在紫外辐射后的耐磨寿命最长，大约为未添加时的1.4倍。这表明紫外辐照有利于提高涂层的耐磨性，SiO 的添加明显提高了涂层的摩擦性能以及抗紫外辐照性能。熊金平等人以天然生漆改性酚醛环氧为防腐耐磨涂层的粘料，获得了良好的效果 。
2.2 聚酰亚胺耐磨涂层
聚酰亚胺（PI）作为高性能工程塑料，具有良好的力学性能，耐高温性能，绝缘性能，以及减摩耐磨性能，被广泛应用于航空航天、医疗器械等领域 。
朱敏 等人对不同含量的MoS 填充聚酰亚胺(PI)复合材料的摩擦磨损性能进行了研究，发现添加MoS 可以有效地降低复合材料的摩擦系数，且摩擦系数均随MoS 含量的增大而减小。除了（PI+10% MoS ）体系外，其他含量的MoS 填充PI复合材料的耐磨性能均明显优于纯PI材料，但是当二硫化钼的含量超过30%后，PI复合材料的磨损率基本不变化。
陈震霖 等人自主开发了一种新型的聚酰亚胺，并采用石墨、MoS 、聚四氟乙烯等固体润滑剂改善了它的摩擦磨损性能。在高载低速工况下，材料的摩擦系数仅为纯PI的25%~50%，很好地改善了材料的摩擦性能。
黄丽坚 等人用石墨对热塑性聚酰亚胺进行改性，虽然石墨的加入降低了复合材料的弯曲强度和拉伸强度，但石墨的用量为30%时复合材料的磨损率仅为纯树脂的2.9%。同时还考查了复合材料在干摩擦和3种油润滑条件下的摩擦磨损性能，发现干摩擦条件下复合材料的摩擦系数随着石墨含量的增大而降低最终保持在0.1左右；油润滑条件下复合材料的摩擦系数比干摩擦时降低了一个数量级；3种润滑油均能在对偶件表面形成稳定吸附膜。
贾均红 等人研究了碳纤维、玻璃纤维及石英纤维增强的PI复合材料在干摩擦和水环境下的摩擦磨损行为。发现碳纤维和石英纤维增强PI复合材料的摩擦系数和磨损率随着纤维含量的增加而增大。材料的磨损均以塑性变形、微观破碎为主，相同含量和相同纤维种类的复合材料在水环境的磨损率均较干摩擦的低，这主要是由于摩擦副表面吸附或存留的水分的边界润滑作用。
Tanakaa 等制备了碳纳米突（CNH）、碳纳米管、石墨/PI复合材料，发现含有10%CNH复合材料的摩擦因数为0.25，稍微高于含10%石墨的复合材料的摩擦系数，含有CNH与CNT复合材料的磨损性能并无大的差别。
2.3 聚氨酯耐磨涂层
聚氨酯树脂是一种性能介于塑料和橡胶之间的特种弹性体，具有较好的耐磨性、抗撕裂和耐冲击性能。但由于聚氨酯分子中含有-NCO、-OH和脲等强极性基团，表面能相对较高，滑动摩擦系数偏大，易产生摩擦热。因此，在一些要求减摩耐磨领域的应用受到了限制 。用聚醚多元醇与甲苯二异氰酸酯反应，合成分子链末端带有-NCO基团的预聚体，按不同的配方加入不同的添加剂，可以制得多种耐磨聚氨酯涂料 。在聚氨酯中添加有机硅、有机蜡、含氟材料、无机添加剂均可改善聚氨酯的耐磨性能。
宋浩杰 等人分别研究了聚四氟蜡、聚四氟乙烯/聚氨酯粘接涂层的摩擦性能。采用扫描电镜、光学显微镜分析了涂层的磨损表面、对偶面的磨损情况。结果表明，聚四氟蜡和PTFE都能提高聚氨酯涂层的耐磨性能。聚四氟蜡/聚氨酯涂层的摩擦磨损性能明显优于PTFE/聚氨酯涂层的耐磨性。在低负荷、中高速实验条件下，具有良好的减摩耐磨性。他们 还发现在聚四氟蜡/聚氨酯涂层中加入MoS 与石墨，涂层的耐磨性得到提高，但对摩擦系数的影响不大。添加MoS 的聚四氟蜡/聚氨酯涂层的耐磨性优于添加石墨的聚四氟蜡涂层。在高负荷、中速条件下复合涂层具有较好的耐磨性。
刘玲 等人研究了CaSO 晶须对聚氨酯复合材料热性能和摩擦性能的影响。发现，随着晶须含量的增加，复合材料的起始分解温度提高。晶须的加入并未改变聚氨酯弹性体的化学结构，只是减慢了聚氨酯的热失重速率。随着CaSO 晶须含量的增加，聚氨酯复合材料的磨耗量降低，这是由于晶须的排列是杂而无序的，它可以渗透到聚氨酯基体中形成较多的网状结构，对聚氨酯产生了束缚作用，可以阻止其形变位错和分子链的运动，从而阻止了聚氨酯弹性体结构的大面积破坏，改变了磨屑的形成机理，使其由纯聚氨酯的大的片状磨屑变为复合材料的小磨屑，从而降低了聚氨酯复合材料的磨损。冶银平 等人用超声化学方法制备了纳米Ni微粒，并制备了Ni/聚氨酯纳米复合涂层，用X射线衍射仪和透射电镜表征了纳米Ni微粒的结构和形貌以及纳米复合材料涂层中Ni微粒的分布。用球-盘摩擦磨损试验机评价了Ni/聚氨酯纳米复合涂层的摩擦磨损性能。结果表明，纳米Ni微粒的平均晶粒尺寸为10 nm；纳米Ni微粒均匀分布在复合涂层中。Ni/聚氨酯纳米复合涂层的摩擦学性能明显优于聚氨酯涂层。
2.4 聚醚醚酮耐磨涂层
聚醚醚酮（PEEK）具有高强度、高韧性和高耐热性，其耐摩擦磨损性能突出，已成为重要的自润滑减摩耐磨材料，可在无润滑、高温、潮湿和腐蚀等恶劣环境下取代传统金属材料使用 。
潘国良 等人研究纳米氧化铝/聚醚醚酮复合材料微动磨损特性。发现PEEK与质量分数5%的纳米Al O 粉（粒径15 nm）的复合材料耐磨性最好。复合材料的磨损机理主要表现为粘着磨损。
唐磊 等人用液晶聚合物（TLCP）、碳纤维（CF）铜粉、MoS 等添加剂和聚醚醚酮（PEEK）制备了改性PEEK复合材料，讨论了各添加剂对PEEK性能的影响。结果表明，用TLCP，CF等改性可提高PEEK的强度和耐磨性，该复合材料能满足机油类齿轮的使用要求。
晶须作为单晶形式生长的短纤维，具有晶体结构完整、强度和模量高、尺寸小便于复合填充的特性。林有希 等人以碳酸钙晶须为填料制备聚醚醚酮复合材料，发现随晶须含量增加，PEEK复合材料的摩擦系数持续降低；磨损率随晶须含量的增加呈先降后增的趋势，并在晶须用量为15%时达最低值，比纯PEEK降低86%。填充量为25%~30%时，复合材料具有最佳的摩擦磨损性价比。使用耐高温SPEEK偶联剂对碳酸钙晶须进行表面处理，可改善晶须与PEEK基体的界面结合，提高晶须的力学增强效果。填充量为10%~25%时，复合材料具有较好的摩擦磨损性能。
Wang Q H 等人研究了在干摩擦和蒸馏水润滑条件下，不同含量纳米SiC/ PEEK复合材料的摩擦学性能，通过扫描电子显微镜和电子探针对其磨损表面和转移膜进行了分析。发现，不管是在干磨还是蒸馏水润滑条件下，SiC都能大大地改善PEEK复合材料的耐磨性。在蒸馏水润滑下，SiC/PEEK复合材料磨损表面有轻微的划痕，在对磨面形成薄、均匀而坚韧的转移膜；没有添加SiC的PEEK磨损表面有较严重的犁痕和侵蚀现象，并且对磨面非常粗糙，有不连续的PEEK转移膜形成。因此，PEEK、SiC/PEEK不同的摩擦和磨损是由于形成不同的转移膜造成的。
2.5 聚醚砜耐磨涂层
聚醚砜具有优良的自润滑性、电绝缘性及阻尼性，以及优良的力学性能、热稳定性、化学稳定性、抗高温蠕变性以及可加工性能。其T 为225 ℃，长期使用温度可达180 ℃ 。
在聚醚砜中填充适宜填料可以制得摩擦系数低、耐磨性好的聚醚砜复合材料。玻璃纤维增强聚醚砜复合材料已经用于轴承和其他元件 。赵伟岩等 利用碳纤维增强聚醚砜，当碳纤维的体积分数为15%时，聚醚砜复合材料的摩擦系数及比磨损率最低。他们还发现添加固体润滑剂可以使复合材料的摩擦磨损性能得到进一步的改善。李融峰 等人利用正交试验方法，通过物理共混、模压成型工艺，用钛酸钾晶须增强聚醚砜，当晶须用量为15%时，聚醚砜复合材料的摩擦系数及磨损率最低。
3 粘接耐磨涂层的应用
化学粘接耐磨涂层是目前市场上品种最多、应用最广的一类粘接涂层，其品种和用量都占到80%以上。空间机械的能源有限，减少由于摩擦损失的能耗，可以节约能源，简化空间机械结构，因此减摩在空间机械中具有非常重要的意义。MoS 是空间机械中广为采用的一种润滑材料 。目前，我国研制的PI、PPS、EM-1、EMR与MoS 制成的耐磨涂层，在航天航空领域的极端工况下得到了成功的应用 。例如，用于人造卫星上的天线驱动系统、太阳能电池帆板机构、光学仪器的驱动机构和温控机构、卫星分离机构及卫星搭载机械等 。
在某些工况下，单一粘接剂的粘接涂层已难以满足使用要求，人们采用复合粘接剂，以提高其耐高温性能、抗承载性能等。胡丽天 等人研制了聚硅氧烷-酚醛环氧耐高温耐磨涂层和聚芳醚砜-聚芳醚酮高承载耐磨涂层，可以在300 ℃下长期使用，400 ℃下短期使用，解决了运动部件高温下的润滑和磨损问题。目前这种耐高温粘接耐磨涂层，已成功地应用于某新型航空发动机的部件上。高承载耐磨涂层承载能力高，能够在普通润滑油难以承受的载荷下（如PV高达4 900 N·m/s的运行工况）起到良好的润滑作用。这种高承载粘接耐磨涂层，已成功地用作某些高速重载滑动轴承的润滑剂。目前，耐磨涂层在高温条件下，如各类发动机的高温滑动部件、气缸、活塞环、飞机上的其他高温滑动件如高压压气机后几级、加力系统和反推力系统、远程炮的炮膛、金属热加工模具、炼钢机械的有关部件中广泛应用；在低温下，如火箭氢氧发动机涡轮泵齿轮和超导设备的有关滑动部件中也得到应用 。
另外，耐磨涂层也广泛应用于民用机械领域。本实验室成功地将耐磨涂层应用于托辊上，在玻璃钢托辊表面涂覆一层石墨/环氧耐磨涂层，制得了玻璃钢耐磨托辊。通过在涂层中添加阻燃剂和抗静电剂，达到了工业应用的要求，并且有效地解决了钢托辊存在的不耐磨损与易腐蚀问题。
为进一步提高耐磨涂层的质量，开发新型耐磨填料和高分子树脂基体，改进现有的涂层制备技术和施工工艺，改善涂层综合性能，使其具有多种优异的性能，是今后研究的重点。此外，应用研究更受重视，例如，将耐磨涂层不仅用于金属表面，还可用于聚合物表面。纳米耐磨涂层也是今后研究方向之一。
在理论方面，复合材料界面的物理化学和力学特性对摩擦磨损性能的影响仍需深入研究。
参考文献略
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