【引言】
在轨道电磁炮工程领域，由于复杂的电、磁、热以及力场的耦合作用，导致轨道存在着多种损伤机制，其中轨道表面的Al粘附行为会导致发射的速度和精度大幅降低，导致轨道炮失效的问题。在轨道表面进行涂层改性可以在一定程度上降低Al的粘附，但仍具有高耗时、费用高，且在多次发射过程中对Cu轨道保护作用有限等问题。为了解决这一问题，提出了一种“界面能-界面力学-润滑效应”多元协同电枢表面改性涂层的新策略。该涂层包含具有优异的机械性能，同时能够显著改善Cu/Al界面间的摩擦环境，有望能够达到有效保护铜轨道，延长轨道的使用寿命的目的。
【成果简介】
近日，华中科技大学材料科学与工程学院柳林教授团队提出了一种“界面能-界面力学-润滑效应”多元协同电枢表面改性涂层的新策略。该涂层由具有高硬度的TiN、优异润滑性能的MoS2以及与Cu表现出正混合热的金属W三种成分复合而成，通过磁控溅射技术制备而成。该复合涂层显著提升了铝电枢表面纳米硬度（提升531%）和弹性模量（提升97%），同时也表现出了较为优异的韧性，具有优异的综合力学性能。涂层中引入的固体润滑剂使得摩擦对之间的摩擦系数值大幅降低（降低75%），另外，耐磨性也得到大幅提升（磨损率降低75%）。更为重要的是，通过多场耦合电磁发射试验对带有该改性涂层的电枢进行了发射试验，结果表明该涂层能够显著改善Cu轨道表面的Al粘附现象（Al粘附体积的降低率达到97.7%）。密度泛函理论结果表明该涂层的减磨机制主要是通过正混合热体系抑制界面间的反应，以及MoS2在界面处富集形成润滑层的复合作用而实现的。本研究为设计多场耦合电磁发射中电枢表面的改性涂层提供了新思路。
相关论文以题为“Enhancing anti-adhesion and wear performance at armature/rail interfaces through synergistic interfacial energy and lubrication effects”近期发表在Journal of Materials Research and Technology (2025)期刊上（https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.03.145）。论文第一作者为华中科技大学硕士生赵珈琛，通讯作者为华中科技大学材料科学与工程学院张诚教授、柳林教授。该研究得到了国家自然科学基金（92166103, 92066202, 92366201）等项目资助。
【图文导读】
图1 电枢表面复合改性涂层的设计思路
图2 复合涂层的微观结构表征
图3 复合涂层的摩擦学性能表征
图4复合涂层的电磁发射性能表征
图5复合涂层的减磨机制
