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Cu-Ag及高熵合金滑动摩擦过程的自适应机理研究

滑动摩擦往往会在接触表面导致剧烈的塑形变形，从而导致材料的局部断裂和磨损，是造成金属工件失效的重要原因之一。然而，在一些情况下，摩擦诱导的塑形变形会引发自组织结构的形成，从而提升耐摩擦性能。本报告将首先介绍Cu₉₀Ag₁₀二元合金中的一种新型的自适应机制：在滑动摩擦过程中自发形成纳米多层结构。控制适当Ag析出相的初始尺寸，摩擦过程中剧烈塑性变形会诱发摩擦近表面自发形成Cu/Ag交替并具有一定取向关系的纳米多层结构。该纳米多层结构能够显著降低材料的磨损率，可将耐磨性提高2-20倍。合适的第二相尺寸（200-300nm）摩擦过程中纳米层状结构能够一直保持稳定到滑移表面，导致磨损率的降低。这些结果表明可以通过在摩擦过程中形成自组织结构的方法来设计合金去获得低的磨损率。基于二元合金中摩擦诱导形成纳米层状结构的启发，探讨了自适应机制在多组元的高熵合金中的可能性。设计制备了由CoCrFeNi基体及弥散分布的Ag颗粒组成的(CoCrFeNi)₉₀Ag₁₀合金。与CoCrFeNi单相高熵合金相比，(CoCrFeNi)₉₀Ag₁₀合金的磨损率降低了一个数量级，摩擦系数从0.74降至0.39。利用聚焦离子束-透射电镜等技术分析摩擦轨道下表面的结构演变发现在摩擦过程中自组织形成了纳米层状结构，且稳定至磨损表面。这些发现为设计高耐磨的高熵合金提供了新的思路。