A位固溶MAX相材料的表面自适应摩擦学特性研究

For the great need of new tribological materials in modern industry, this project explores tribological surface-self-adaptive A sites solid solutions of MAX phases, because as the MAX phases displayed the dominant effect of the self-generating oxides film on tribological characteristics. The main research contents and the feature of this project consist in that, based on the special nanlaminate structures of MAX phases and the adjustability of the complexly mixed A-oxide in property and morphology, to develop a series of tribological surface-self-adaptable A-sites solid solutions of MAX phases, which posses excellent properties and scientific enlightenments, via researches on the key scientific problems such as the compatibility and the solid solubility of complex A-elements at the A-sites of MAX phases, morphologies，properties and mechanisms of the mixed A-oxides making up of the tribofilms of MAX phases, and morphologies of the accompanying nonstoichiometric MXx phases, which are impacted by the nanolaminate structure genetics of MAX phases and the frictional blade load, and optimize the conditions and means of preparing the mataterials via the vertification of the tribological characteristics. This project reveals the compatibility and the solid solubility of complex A-elements at the A-sites of MAX phases, reveals the dominant effect of the properties and morphologies of the mixed A-oxides of the tribofilm on tribological characteristics, and provides a reference and science inspiration for the applications and the improvement in the targeted performance of MAX phases, and the preparation of other tribological surface-self-adaptive materials.

针对高技术工业对新型摩擦学材料的需求，本项目根据MAX相所表现的自生成氧化物薄膜对其摩擦学特性的支配性作用，研制摩擦学表面自适应的A位固溶MAX相材料。主要研究内容和特色是，利用MAX相特有的纳米分层结构和多元A元素混合氧化物形态的可调控性，通过对MAX相多种A元素的相容性和固溶度、以及对构成MAX相摩擦学薄膜的多种A元素混合氧化物的性态、影响因素及机理和伴生的非化学计量MXx相的形态、机理及其对摩擦学特性的影响等关键科学问题的研究，研制具有优异性能和科学启发性的摩擦学表面自适应A位固溶MAX相材料，并通过不同条件下的摩擦学特性的验证，优化相关制备方法及工艺。本项目旨在揭示MAX相多种A元素间的相容性、分子固溶度及其影响因素；揭示A元素对MAX相陶瓷材料摩擦学薄膜性态的支配性作用及影响因素；为MAX相的应用和针对性的性能改善及其他摩擦表面自适应材料的设计制备提供借鉴和科学启发。

针对高技术工业对新型摩擦学材料的需求，本项目根据MAX相所表现的自生成氧化物薄膜对其摩擦学特性的支配性作用，利用MAX相多元A元素混合氧化物形态的可调控性，通过对MAX相多种A元素的相容性和固溶度、以及对构成MAX相摩擦学薄膜的多种A元素混合氧化物的性态、影响因素及其对摩擦学特性的影响等关键科学问题的研究，研制具有优异摩擦学表面自适应的A位固溶MAX相材料。获得了如下创新研究成果：.1）揭示了MAX相多种A元素间的相容性、分子固溶度及其影响因素，成功制备出一系列高纯度的2元和3元A位元素固溶MAX相粉体及块体材料；.2）揭示了A位元素对MAX相固溶体材料的摩擦学表面性态及摩擦学特性的影响规律及摩擦系数调配机制；.3）通过调节A位元素种类及比例，成功研制出针对高速列车受电弓滑板及制动盘闸片用的摩擦学表面自适应MAX相材料。.这些研究工作将对MAX相的应用和针对性的性能改善及其他摩擦表面自适应材料的设计制备提供借鉴和科学启发。部分研究进展和成果已发表论文21篇，国内国际学术会议报告33次，申报发明专利8项，其中5项已获授权，培养博士生2名，硕士生14名，获2016年度北京市科技奖二等奖1项；研制的MAX相受电弓滑板目前已成功应用到高速列车上，利用MAX相制备的闸片材料正在进行产业化研究；A位固溶MAX相材料也可用于各种高耐磨陶瓷涂层领域。