Robust macroscale superlubricity enabled by tribo-induced structure evolution of MoS2/metal superlattice coating

材料科学 纳米晶材料 涂层 无定形固体 纳米核糖学 无定形碳 非晶态金属 润滑油 纳米技术 接触力学 复合材料 有限元法 摩擦学 结晶学 合金 物理 化学 热力学
作者
Yanbin Shi,Jie Zhang,Jibin Pu,Siming Ren,Haixin Wang,Xue Fan,Tianbao Ma,Liping Wang
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier BV]
卷期号:250: 110460-110460 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2022.110460
摘要

Structural superlubricity is of far-reaching significance for energy consumption control and carbon neutralization. Transforming macro-contact surface into myriad micro- or nano-contact points is a promising strategy to expand structural superlubricity to the macroscale. Yet how to spontaneously construct a robust multi-contact interface with incommensurate configuration during friction is challenging but is highly desirable for its practical application in different harsh environments. Here we report the experimental realization of macroscale superlubricity with a low environmental sensitivity in well-tuned MoS2/amorphous metal superlattice coating. Delicate experiments coupled with atomistic simulations reveal that amorphous metals undergo stress-induced nanocrystallization, and then spontaneously form nanoparticles with uniform size and distribution wrapped by randomly oriented MoS2 patches, achieving large-scale multi-contact at sliding interface. Finally, the robust superlubricity states of more than 1.0 × 106 cycles are achieved at high vacuum (1–2 × 10−2 Pa) with the strong support of the nanocrystalline/amorphous matrix formed under it. Moreover, this approach shows good applicability to different metal dopants, which provides a guidance to design the solid lubricant coatings enabling the actual applications of macroscale superlubricity for next-generation industrial equipment.
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