亚稳态硅酸盐/金属复合材料的制备及自修复行为与机理研究

针对现有微纳米自修复材料制备过程复杂、成本高，难以大规模工业化应用的现状，提出以天然层状硅酸盐矿物为原料，开发低成本、无污染、高性能的复合自修复材料的思路。将矿物晶体结构、表面电性、不饱和键的特性及羟基脱除规律联系起来,探讨盐溶液中不同金属离子在矿物表面吸附、形核生长方式，将不同金属（如Fe、Cu、Ni、Cr、Zn等）或稀土化合物复合到微纳米层状硅酸盐晶体结构中，制备亚稳态硅酸盐复合自修复材料。设计有针对性的摩擦学试验方法，研究摩擦副材质、润滑介质、载荷、滑动速度、温度等因素对复合自修复材料的摩擦学性能影响，探索复合自修复材料在摩擦副表面形成修复层的摩擦热力学条件、动力学规律，揭示该材料对摩擦副表面的强化修复成膜机理，为实现机械零件磨损尺寸的不解体修复提供理论和技术支撑，拓展矿物材料在机械设备磨损自修复领域的应用。

以绿色环保的天然层状硅酸盐矿物蛇纹石和凹凸棒石为原料，开发低成本和高性能的自修复材料。考察了自修复材料的理化性能、表面改性、活化、摩擦学性能等方面；通过对磨损表面形成的自修复层的组成、结构和力学性能的测试分析，研究了层状硅酸盐自修复材料在金属磨损表面的在线动态自修复作用机理，以及活化处理对其摩擦学性能和自修复性能的影响。结果表明：蛇纹石粉体和凹凸棒石粉体作为润滑油添加剂可促使磨损表面生成一定厚度的自修复层，此自修复层可显著减小摩擦部件的摩擦系数和磨损率。自修复材料在摩擦过程中发生解离，解离产物与有机碳和金属磨屑发生物质和能量的交换，在磨损表面生成非晶石墨和氧化铁为主要成分的自修复层。对自修复材料的活化处理可促进在摩擦过程中自修复材料更容易解离和与其它物质发生化学反应，也更容易促使磨损表面生成自修复层。金属表面动态自修复技术为实现机械零件磨损的不解体修复提供了理论和技术支撑。