兰州化物所结构功能一体化高温耐磨材料研究获新进展

　　【仪表网 研发快讯】陶瓷润滑耐磨材料是解决(超)高温等苛刻环境润滑与磨损问题的有效途径之一。传统陶瓷润滑材料通常在陶瓷基体中引入固体润滑来实现特定条件下的减摩和抗磨性能。但固体润滑剂的引入极大破坏基体连续性从而影响材料的力学性能，降低服役可靠性。因此，发展集成力学可靠、润滑和耐磨功能的高温结构-功能一体化材料一直是该领域发展的方向。
 

　　近日，中国科学院兰州化学物理研究所兰州润滑材料与技术创新中心基于T2相通过M位合金化构筑策略成功合成了具有面外化学有序的四元层状过渡金属硼化物MAB相—Ti4MoSiB2陶瓷(图1)，并系统研究了其在宽温域内的力学性能和摩擦学行为，研究人员发现材料原子尺度上的层状结构在穿晶断裂时有效引导裂纹偏转，改变裂纹扩展路径，提高低温断裂韧性；由于晶粒沿不同方向热膨胀差异造成晶界的热失配，进而改变了断裂模式，使材料在室温至1000℃范围内表现出优异的综合力学性能，同时赋予了较传统陶瓷优异的损伤容限。与DD5高温合金对摩时在全温度范围内都具有良好的抗磨性能，尤其在高温条件下摩擦化学反应生成的具有氧空位TiO2，一定程度上实现减摩效果，并实现了“负磨损”现象。这些发现不仅丰富了MAB相材料的基础理论，也为开发新型高温结构功能一体化材料提供了重要指导。
 

图1. Ti4MoSiB2陶瓷结构及其键合分析
 

图2.材料晶粒取向、热膨胀率及力学性能对比
 

图3.摩擦化学反应产物和基于DFT模拟计算的滑动能垒
 

　　该研究工作以“Quaternary Layered Boride Ti4MoSiB2: A Structure-Function Integrated High-Temperature Self-Lubricating and Negative-Wear Material”为题发表在Advanced Materials(2025,2418995)上，兰州化物所博士生李红斌为论文第一作者，苏云峰副研究员、胡天昌副研究员和张永胜研究员为共同通讯作者。
 

　　以上研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDB0470303)、甘肃省自然科学基金(25JRRA468)和国家自然科学基金项目(52303386,12247101)的支持。