在航天、航空、核电等高新技术领域,一些重要的运动部件需要在高真空、高负载、强辐射等条件下运行。在这种极端工况下,只有固体润滑材料才能满足润滑要求。MoS₂是一种特别适合于真空环境下的,具有良好润滑性能的层状结构材料。纯MoS₂涂层由于涂层的厚度小和结合力差,导致耐磨寿命较短。将MoS₂与硬质材料的结合可以获得良好减摩耐磨性能的自润滑涂层。镍、铝可以通过自蔓延反应生成高熔点、高硬度的金属间化合物Ni₃Al和NiAl。利用镍、铝之间的反应,并通过一定技术手段克服MoS₂在制备过程中的烧损,有望在钢基体表面快速制备出具有良好润滑性能的Ni₃Al-MoS₂复合涂层。采用差示扫描量热/热重分析法、高温原位XRD等测试方法,研究二硫化钼与镍、铝、Ni₃Al等金属的反应过程和反应机理。研究结果表明:在加热温度超过630℃时,二硫化钼与镍开始发生反应,生成硫化物Ni₃S₂和镍钼固溶体。当加热温度由835℃升高到1200℃时,高硫含量的的硫化物,如NiS、Ni₇S₆,在产物中依次出现。在1200℃时,反应产生的钼的数量超过镍的固溶度,与镍反应生成Ni₄Mo。在加热温度超过561℃时,二硫化钼与铝开始发生反应。反应过程可以分为两部分:铝置换出二硫化钼中的硫,生成Al₂S₃和Mo;然后铝与钼反应生成铝钼化合物。当加热温度由630℃升高到800℃时,铝与二硫化钼生成的铝钼化合物逐渐由富铝相的Al₁₂Mo、Al₅Mo转变成富钼相的Al₈Mo₃和AlMo₃。金属间化合物Ni₃Al具有足够稳定的热力学状态,即使加热到1200℃时,也不与二硫化钼发生反应。采用有限元模拟的方法研究不同条件下Ni/Al自蔓延反应时的温度场分布。当只有Ni/Al压坯在钢基体表面时,NiAl层的最高温度可以达到1406.1℃。根据对二硫化钼与金属反应过程的研究结果,该温度会造成润滑相的严重烧损。所以将MoS₂预置于Ni₃Al中作为润滑层。Ni/Al压坯在润滑层和钢基体之间进行自蔓延燃烧反应。此时,润滑层与Ni/Al压坯界面节点最高温度在1026-1430℃之间。在润滑层厚度为38μm处的节点最高温度为1200℃,会造成润滑相的烧损。在连接过程中大于此厚度的润滑层中MoS₂可以稳定保存。在530℃热压镍、铝和二硫化钼的混合粉末,通过镍与铝的固相扩散反应转变成Ni₃Al,润滑相MoS₂完整的保存在Ni₃Al中。采用Ni/Al压坯自蔓延反应,可以实现Ni₃Al/MoS₂润滑层与NiAl层的良好连接。自蔓延连接后,靠近连接界面的少量MoS₂发生烧损,烧损区域的厚度小于40μm。其他MoS₂完整的保存在润滑层中。自蔓延连接时,在NiAl层与钢基体表面添加铜锌钎料改善连接。连接界面处的相组成有:铜锌合金,NiAl,未反应的镍颗粒和颗粒外层的Ni₃Al。连接压力和预热温度的提高都会使连接界面处的微观组织致密度提高,从而界面连接强度提高。在连接压力40MPa预热100℃时,连接强度达到最大值,为64.7MPa。当预热温度超过100℃时,过高的自蔓延燃烧温度时钎料中的锌过度挥发,在界面中形成孔隙,使连接强度开始下降。Ni₃Al/MoS₂润滑层在摩擦过程中,摩擦系数先保持较高数值,为0.4。随着摩擦磨损的进行,润滑相MoS₂涂抹在摩擦表面形成润滑层,摩擦系数逐渐降低并维持在0.2左右。在施加载荷3N,滑动速率0.1m/s,测试15分钟后,润滑层的磨损率为1.04×10^-55 mm³N^-1m^-1。