在德国,弗劳恩霍夫材料科学与射线技术研究所(Fraunhofer IWS)正引领一项名为“BioSlide”的前沿研究,致力于通过生物基材料重塑工业滑动系统。该研究的核心在于利用木材等可再生资源作为滑动系统的承载部件,并覆盖具有可持续特性的超润滑材料,从而在减少摩擦的同时提升系统的能源效率。
摩擦系数直接决定了技术系统的能耗、磨损程度及使用寿命。滑动轴承作为机械与设备制造中应用最广泛的功能元件,广泛存在于电机、变速箱、泵及驱动系统中,其性能直接定义了整台机器的能源需求。目前,滑动元件多由钢、青铜或工程塑料制成,并依赖矿物油基润滑剂。BioSlide项目则提出了一种替代方案:利用可再生原料取代传统材料,同时挖掘新的摩擦学性能潜力。
超润滑技术是该项目研究的核心。当摩擦系数低于0.01时,即进入超润滑状态。在此状态下,部件发热量显著降低,磨损减少,运行能耗大幅下降。弗劳恩霍夫IWS研究所已研究超润滑技术多年,现将其专门应用于生物基材料与润滑系统。该所摩擦学系统组组长斯特凡·马克沃斯基博士指出:“BioSlide项目将我们的超润滑研究与可持续材料问题相结合,探索用生物基替代品取代传统滑动材料的可能性,并评估生物基润滑剂在实现极低摩擦方面的潜力。”他补充道,基于木材的纤维复合材料配合超润滑表面,甚至可能适用于高精度机床。
功能性涂层技术为新材料组合开辟了道路。研究重点之一是类金刚石非晶碳(ta-C)涂层,这种涂层能产生光滑且耐磨的表面,是实现超润滑的关键。利用弗劳恩霍夫IWS开发的激光电弧工艺,ta-C涂层可沉积在非金属基材上,且无需机械后处理即可直接使用。这使得生物基塑料、木质纤维复合材料及其他可再生材料首次能够作为滑动系统中的承载部件进入研究视野。
该项目由德国联邦研究与太空事务部(BMFTR)通过“BioKreativ 4”计划资助,资金约为330万欧元。这笔资助旨在弗劳恩霍夫IWS研究所建立独立的摩擦学系统研究组。在为期四年的项目期内,科学家与技术团队将共同探索如何使摩擦学系统更加节约资源。研究所计划于2025年底正式建立由马克沃斯基博士领导的“摩擦学系统”研究组。除了支持科学人才培养,该项目还资助了两个博士职位,为研究所奠定了长期的能力基础。此外,一个由企业和国际导师组成的咨询团队将为该组提供支持。
新成立的团队整合了用于摩擦学研究的专用基础设施。摩擦磨损试验机能够精确、可重复地测量极低的摩擦值,而轴承测试台则能直接在滑动轴承中测量摩擦与磨损。配合对材料、涂层和润滑剂的补充分析,研究人员能够全面理解界面过程。这种装备水平使得新概念能够在接近现实的条件下进行评估,并加速向实际应用的转化。
