银修饰石墨烯增强CoCrNi基中熵合金的制备与摩擦学性能研究

为解决石墨烯在金属基复合材料中分散不均和界面反应严重的问题，研究人员通过一步化学还原法制备了银修饰还原氧化石墨烯（Ag@rGO）增强的CoCrNi基中熵合金（MEA）。研究发现，Ag@rGO的引入显著降低了摩擦系数（COF）和磨损率，并形成了自润滑层，为高性能石墨烯增强金属基复合材料的设计提供了新策略。

　　

在材料科学领域，中熵合金（Medium Entropy Alloys, MEAs）因其独特的力学性能和耐磨性备受关注。然而，传统的单相面心立方（FCC）结构MEAs在常温下往往表现出强度不足和耐磨性较差的问题。石墨烯作为一种理想的增强材料，能够显著提升金属基复合材料的性能，但其在金属基体中的分散性和界面反应问题一直是制约其应用的瓶颈。为了解决这些问题，研究人员开展了一项创新性研究，通过银修饰石墨烯（Ag@rGO）增强CoCrNi基MEA，显著提升了材料的摩擦学性能。

这项研究由国内的研究团队完成，并发表在《Smart Materials in Manufacturing》上。研究人员采用一步化学还原法制备了Ag@rGO纳米颗粒，并通过火花等离子烧结（SPS）技术将其与CoCrNi MEA粉末复合，成功制备了Ag@rGO/CoCrNi复合材料。研究结果表明，Ag@rGO的引入不仅改善了石墨烯的分散性，还显著降低了材料的摩擦系数和磨损率，形成了高效的自润滑层。

研究团队通过多种技术手段验证了材料的性能。首先，他们利用X射线衍射（XRD）和拉曼光谱（Raman）分析了Ag@rGO纳米颗粒的结构特征，确认了银纳米颗粒在石墨烯表面的均匀分布。随后，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察了复合材料的微观结构，发现Ag@rGO的加入有效抑制了Cr₂₃C₆碳化物的形成，减少了界面反应。摩擦学测试表明，Ag@rGO/CoCrNi复合材料在5 N和15 N载荷下的平均摩擦系数分别降低了36.9%和25.1%，磨损率也显著下降。

研究结果部分分为几个关键发现：

1. Ag@rGO纳米颗粒的制备与表征：通过一步化学还原法成功制备了Ag@rGO纳米颗粒，银纳米颗粒均匀分布在石墨烯表面，有效避免了石墨烯的团聚。
2. 复合材料的微观结构：SPS烧结后的复合材料中，Ag@rGO的加入减少了Cr₂₃C₆碳化物的形成，保留了石墨烯的结构完整性。
3. 摩擦学性能：Ag@rGO/CoCrNi复合材料在摩擦过程中形成了富含石墨烯和银的自润滑层，显著降低了摩擦系数和磨损率。
4. 变形机制：高应力条件下，复合材料中出现了纳米孪晶和FCC-HCP相变，进一步增强了材料的耐磨性。

研究的结论部分强调了Ag@rGO/CoCrNi复合材料在摩擦学性能上的显著提升。通过银修饰石墨烯的策略，不仅解决了石墨烯分散和界面反应的难题，还为设计高性能自润滑金属基复合材料提供了新思路。这项研究的成果在航空航天、汽车制造等领域具有广阔的应用前景，为未来材料设计提供了重要的理论和技术支持。