与传统油润滑相比，水基润滑是一种更环保、更清洁的润滑方式，能保证机械设备在清洁的环境中正常运行，并且能有效节约自然资源。然而，工作在水环境中的机械部件不可避免地会出现机械磨损、生锈和老化等现象。目前，常见的在水中掺添加剂的方案还无法有效解决以上问题。在机械部件表面沉积在水环境中稳定且能够展现润滑性能的防护涂层是更加行之有效的手段。

为此，我们以第五副族过渡金属氮化物（VB TMN）为基础开发出一种具有超低摩擦和超低磨损的固-水复合润滑体系。以NbN薄膜为例，在能同时接触到水和大气的环境下（三相接触）摩擦，NbN薄膜的摩擦表面能发生氧化和水解反应来诱导摩擦界面之间形成含有Nb₂O₅胶体颗粒的“胶体溶液”，该带电的“胶体溶液”赋予摩擦界面双电层斥力作用，同时借助“胶体溶液”天然的弱剪切特性，NbN实现了超低摩擦，摩擦系数低达0.058。此外，具有高硬度特征的NbN薄膜进一步展现出超低磨损的特性，磨损率低达1.79×10^-10 mm³/Nm。同时，我们在其他TMN（TaN，VN）的反复试验中进一步证实了该体系的水基润滑特性。值得注意的是，这种固-水复合润滑体系的摩擦系数甚至要低于类似氮化物的固-油复合润滑体系的摩擦系数。具有水基润滑特性的TMN为实现无添加剂的固-水复合润滑体系提供了一种新方案，并有望应用于高湿度或微量水覆盖的环境，成为保障机械部件在水基环境中高效长寿命运行的可靠途径之一。

该工作2021年4月16日在线发表于《Friction》，题为“Water-based lubrication of niobium nitride”, 清华大学摩擦学国家重点实验室报道了该工作。

相关文章：Kaifei Miao, Jia Wang*, Qiang Zhao, Kaiwen Wang, Mao Wen, Kan Zhang* “Water-based lubrication of niobium nitride”, Friction. 10, 842 (2022)

文章链接：https://doi.org/10.1007/s40544-021-0492-2