Lithium Citrate Triggered Macroscopic Superlubricity with Near-Zero Wear on an Amorphous Carbon Film

材料科学 化学吸附 摩擦改进剂 无定形固体 润滑 乙二醇 吸附 复合材料 无定形碳 化学工程 润滑油 有机化学 工程类 化学
作者
Shouyi Sun,Shuang Yi,Jinjin Li,Zhengmao Ding,Wei Song,Jianbin Luo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (15): 19705-19714 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsami.3c01431
摘要

An amorphous carbon (a-C) film shows substantial potential for friction and wear reduction. In this work, the robust superlubricity state with a coefficient of friction of 0.002 at the maximal pressure of 1.15 GPa was realized when lithium citrate (LC) was applied as the lubricating additive in ethylene glycol (EG) to lubricate the Si3N4/a-C friction pair based on the ball-on-plate friction test. The wear rate of the a-C film was 4.5 × 10-10 mm3/N·m, which was reduced by 98.3% compared to that of the film lubricated with EG. Friction promoted the chemisorption of the LC molecules via the tribochemical reaction between the carboxylate radicals and the a-C film. The exposed lithium ions could adsorb water molecules to form a hydration layer, providing extremely low shear strength. Furthermore, the colloidal silica layer formed on the Si3N4 ball via the tribochemical reaction could reduce friction. It was difficult to destroy the formed tribochemical films under high contact pressure because they were robust, preventing the direct contact of the friction pair and resulting in the near-zero wear of the a-C film.
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