第1章 绪论 1
1.1 固体润滑涂层的典型使用环境与应用领域 1
1.1.1 空间环境 1
1.1.2 航空工业和先进能源装备领域 3
1.1.3 高速切削工具和模具领域 5
1.1.4 低温条件 5
1.2 特殊环境和工况下的润滑涂层 5
1.2.1 空间环境用润滑涂层 6
1.2.2 航空工业与先进能源装备用润滑复合涂层 10
1.2.3 高速切削工具用润滑涂层 11
1.3 固体润滑涂层的发展与趋势 12
1.3.1 第一代：单组元涂层 13
1.3.2 第二代：多层和多组元涂层 14
1.3.3 第三代：梯度、超点阵和纳米结构涂层 14
1.3.4 第四代：智能涂层（自适应或变色龙涂层） 15
1.3.5 织构化与固体润滑复合涂层 16
1.4 本书内容简介 16
参考文献 17
第2章 新型固体润滑涂层设计 19
2.1 固体润滑涂层的设计基础 19
2.1.1 润滑涂层的低摩擦设计 19
2.1.2 润滑涂层的耐磨损设计 21
2.1.3 润滑涂层的强韧化设计 21
2.1.4 润滑涂层的环境适应性设计 22
2.2 耐磨润滑复合涂层 23
2.2.1 涂层中的润滑组元 23
2.2.2 硬质涂层基体组元 24
2.2.3 含有润滑组元的硬涂层 25
2.2.4 掺杂其他元素的润滑涂层 25
2.3 韧性纳米复合润滑涂层 25
2.3.1 韧性纳米晶／非晶复合涂层 26
2.3.2 控制晶粒尺寸和织构的纳米晶涂层 27
2.3.3 多层纳米复合涂层 28
2.3.4 梯度功能涂层 29
2.4 空间交变环境条件下的润滑涂层 29
2.4.1 空间干／湿交变环境的润滑涂层 29
2.4.2 空间大气／真空交变环境润滑涂层 30
2.4.3 空间高低温交变环境润滑涂层 31
2.5 宽温度环境条件下的润滑涂层 32
2.5.1 高速切削刀具用高温润滑硬涂层 32
2.5.2 航空航天用高温润滑涂层 34
2.6 研究展望 35
参考文献 35
第3章 硫化物润滑涂层 38
3.1 过渡金属硫族化合物涂层 38
3.1.1 过渡金属硫族化合物的晶体类型与晶体取向 38
3.1.2 过渡金属硫族化合物的润滑机制 40
3.1.3 影响摩擦学行为的材料因素 43
3.1.4 摩擦学行为的环境依赖性 44
3.1.5 过渡金属硫化物的改性 49
3.2 元素掺杂的过渡金属硫化物涂层 50
3.2.1 掺杂元素对过渡金属硫族化合物结构的影响 50
3.2.2 掺杂元素对过渡金属硫族化合物涂层性能的影响 53
3.2.3 金属掺杂过渡金属硫化物 54
3.2.4 非金属元素掺杂过渡金属硫化物涂层 66
3.2.5 化合物掺杂过渡金属硫族化合物 70
3.3 MoS2基复合涂层 73
3.3.1 多层纳米结构涂层 73
3.3.2 具有自组装结构的纳米复合涂层 75
3.4 研究展望 76
参考文献 77
第4章 碳基材料润滑涂层 80
4.1 类金刚石碳涂层 80
4.1.1 DLC涂层的结构 80
4.1.2 氢对类金刚石碳涂层润滑机制的影响 82
4.1.3 环境气氛对类金刚石碳涂层的影响 86
4.1.4 DLC涂层在超高真空中的摩擦学行为 89
4.1.5 DLC涂层在干燥惰性气氛中的摩擦学行为 91
4.1.6 DLC涂层在H2气氛中的摩擦学行为 93
4.1.7 DLC涂层在高温条件下的摩擦学行为 94
4.1.8 DLC涂层在极热原子氧暴露条件下的摩擦学行为 95
4.2 DLC改性与复合涂层 96
4.2.1 元素掺杂DLC涂层 96
4.2.2 梯度功能DLC涂层 98
4.2.3 纳米晶碳化物／非晶DLC韧性涂层 99
4.2.4 MoS2／a-C：H复合涂层 100
4.2.5 纳米复合涂层（DLN） 100
4.2.6 DLC涂层的应用 101
4.3 其他碳基润滑涂层 104
4.3.1 纳米金刚石涂层 104
4.3.2 类石墨碳涂层 106
4.3.3 碳化物衍生碳（CDC） 106
4.3.4 石墨烯 108
4.4 研究展望 111
参考文献 112
第5章 自润滑复合渗镀层 116
5.1 含石墨或氟化石墨复合镀层 117
5.2 碳纳米管复合镀层 119
5.3 镍基含MoS2复合镀层 121
5.4 镍基含BN复合镀层 127
5.4.1 复合镀层的结构 127
5.5 等离子渗Mo层 131
5.6 表面渗铬 132
5.6.1 渗Cr层的形貌组成 132
5.6.2 渗Cr层的高温摩擦学性能 133
5.7 等离子MoN共渗层 134
5.7.1 合金表面渗层的力学性能 135
5.7.2 复合渗层的摩擦性能 136
参考文献 137
第6章 氟化物与软金属润滑涂层 139
6.1 PS系列润滑涂层的设计与制备 139
6.1.1 PS系列润滑涂层的材料选择 139
6.1.2 PS系列润滑涂层的设计原则 141
6.1.3 PS系列润滑涂层成分设计 142
6.1.4涂层制备工艺 144
6.2 PS系列润滑涂层的组分与性能 145
6.2.1 PS101润滑涂层 145
6.2.2 PS200系列润滑涂层 146
6.2.3 PS300系列润滑涂层 150
6.2.4 PS400系列润滑涂层 156
6.3 PS涂层与其他涂层的复合 161
6.3.1 PS200与银膜复合 161
6.3.2 Cr203密封PS212 161
6.3.3 PS212与酯类油复合润滑 162
6.3.4 PS304与聚酰亚胺复合 162
6.3.5 PS400（PS304）与MoS2复合涂层 163
6.3.6 顶层箔片表面润滑涂层与轴涂层PS304协同作用 163
6.4 环境对润滑涂层性能的影响 166
6.4.1 气氛的影响 166
6.4.2 滑动速度的影响 167
6.4.3 温度的影响 167
6.4.4 配副材料的影响 168
6.4.5 表面粗糙度对气体箔片轴承承载能力的影响 169
6.5 含氟化物与软金属的固体润滑涂层应用 170
6.5.1 气体箔片轴承 170
6.5.2 发动机汽缸套 171
6.5.3 高速轴封 172
6.5.4 燃气涡轮发动机控制阀顶杆 173
6.6 研究展望 173
参考文献 174
第7章 环境适应性固体润滑涂层 176
7.1 环境适应性润滑涂层的设计 176
7.1.1 环境适应性润滑复合涂层设计与材料选择 176
7.1.2 含多种润滑剂的纳米复合涂层 177
7.2 第一代环境适应性润滑涂层 178
7.2.1 MoS2-PbO润滑薄膜 178
7.2.2 ZnO-WS2薄膜 178
7.3 第二代环境适应性润滑涂层 179
7.3.1 自适应YSZ／Au／DLC／MoS2纳米复合涂层 179
7.3.2 空间和大气环境的A1203／DLC／Au／MoS2变色龙涂层 181
7.3.3 空间自适应WC／DLC／WS2纳米复合涂层 183
7.3.4 MoS2-Sb2O3-C自适应纳米复合涂层 186
7.4 第三代环境适应性润滑涂层 187
7.4.1 YSZ／Au纳米复合涂层 188
7.4.2 YSZ-Ag-Mo纳米复合涂层 188
7.4.3 具有TiN扩散阻碍层的适应性纳米复合涂层 191
7.4.4 含MoS2纳米相的YSZ-Ag-Mo纳米复合涂层 195
7.4.5 复层结构（YSZ-Ag-Mo）-TiN-（YSZ-Ag-Mo））自适应纳米复合涂层 196
7.4.6 多层结构纳米复合涂层 198
7.4.7 氮化物基自适应涂层 202
7.5 研究展望 203
参考文献 204
第8章 表面织构与固体润滑复合涂层 207
8.1 表面织构化技术 207
8.1.1 激光表面织构化概述 207
8.1.2 激光与材料表面的相互作用 208
8.1.3 激光织构化形貌 211
8.1.4 表面织构化方法 212
8.2 涂层表面织构化 214
8.2.1 TiCN涂层 215
8.2.2 TiAlCN涂层 215
8.2.3 Ti-TiC-TiC／DLC涂层 215
8.2.4 类金刚石（DLC）膜 216
8.2.5 镀铬涂层 217
8.2.6 VN涂层 218
8.3 织构化表面涂层 219
8.3.1 织构化表面涂覆润滑剂 219
8.3.2 织构化表面溅射沉积膜 226
8.3.3 织构化表面镀层 230
8.3.4 织构化表面渗层 232
8.3.5 织构化表面DLC膜 236
8.4 纳米织构化表面润滑涂层 237
8.5 研究展望 239
参考文献 239
第9章 固体润滑涂层性能评价方法 242
9.1 固体润滑涂层的基本性能测试 242
9.1.1 涂层厚度的测量 242
9.1.2 膜-基体复合材料硬度测试 243
9.1.3 热膨胀性能测试 243
9.1.4 涂层结合性能测试 244
9.1.5 热导率测试 245
9.2 评价涂层摩擦学性能的典型试验装置 247
9.2.1 高温往复球盘摩擦试验机 247
9.2.2 往复式高温摩擦磨损试验机 247
9.2.3 高温销-盘旋转摩擦试验机 249
9.2.4 真空（UHV）球-盘式摩擦试验机 249
9.2.5 气氛可控的球盘滑动摩擦试验机 250
9.2.6 湿度可控的球-盘式摩擦试验机 251
9.2.7 Falex销-盘式摩擦试验机 251
9.2.8 超低摩擦涂层的测量 252
9.3 模拟实际工况摩擦测试装置 252
9.3.1 空气箔片轴承试验机 252
9.3.2 衬垫-盘结构的MiTi高速高温摩擦试验机 254
9.3.3 轴承力矩测试系统 255
9.3.4 模拟空间原子氧环境摩擦学测试装置 256
9.4 涂层摩擦磨损原位测试装置 257
9.4.1 带有扫描白光干涉仪的往复销-盘摩擦试验机 258
9.4.2 摩擦分光计 259
9.4.3 原位拉曼摩擦试验装置 259
9.4.4 环境AFM 260
9.5 涂层以及磨损表面微观结构表征 260
9.5.1 电子探针微观分析 261
9.5.2 三维光学轮廓仪 261
9.5.3 扫描电子显微镜（SEM） 262
9.5.4 透射电子显微镜（TEM） 262
9.5.5 X射线衍射（XRD） 263
9.5.6 X射线光电子能谱（XPS） 263
9.6 研究展望 263
参考文献 264