Macroscale Superlubricity on High‐Roughness Engineering Steel Surface Through Wear Debris‐Converted Tribofilm and Carbon Nanotubes

材料科学 表面工程 碳纳米管 碎片 表面粗糙度 吸附 复合材料 摩擦学 摩擦系数 表面光洁度 金属 冶金 碳纤维 碳钢 氢 纳米技术 磨损 曲面(拓扑)
作者
Hujun Wang,Hongcai Huang,Jun Zhang,Gaohui Han,Wei Tian,Fumin Zuo,Wei Liu,Jing Zheng,Zhihui Zhang,Zhongrong Zhou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (28) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202521914
摘要

Abstract Macroscale liquid superlubricity has profound significance for energy conservation and emission reduction. However, it suffers from low tolerance to high roughness, which seriously hinders the application in engineering friction systems. Although conventional understanding holds that wear debris accumulations increase friction and wear, the anti‐wear metal oxides (e.g., Fe 2 O 3 and Cr 2 O 3 ) in the debris from steel friction pairs are expected to form a protective oxidation film and reduce surface roughness. Here, a strategy using the synergetic effects of wear debris‐converted tribofilm and hydroxylated carbon nanotubes (CNTs) to promote the low‐wear superlubricity on high‐roughness steel surfaces ( R a ≈ 57 nm) is reported. The wear rate (4.41 × 10 −8 mm 3 Nm −1 ) is reduced by 64% while achieving a low coefficient of friction (COF ≈ 0.005). The debris is manipulated to convert into a protective oxidation film and reduce surface roughness via surface design. Then, the increase in metal hydroxides generated by tribochemical reactions allows the formation of a strengthened hydrogen bond network and the stronger adsorption of the CNTs, reducing friction and wear. This work, which turns wear debris into a “treasure”, can offer a new insight into the role of wear debris in promoting low‐wear superlubricity for highly rough engineering steel.
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