旋转喷涂增材制造孪晶富集银涂层的载流摩擦加工：纳米层状结构的构建与性能强化

为解决银基电接触材料机械强度不足的问题，研究人员通过自主开发的旋转喷涂沉积技术（rotary spray deposition）在铜基体上制备了高密度孪晶/堆垛层错（SFs）的银涂层，其电阻率低至1.711×10?8 Ω·m、硬度达145 HV。进一步结合载流摩擦加工（current-carrying friction）与聚α烯烃（PAO 6）润滑，在极端工况下诱导形成应力吸收型纳米层状结构，揭示了滑动动态变形（高应变率/应变梯度）的形成机制，为高强金属材料开发提供新路径。

　　

随着电气设备向智能化、微型化发展，银基电接触材料面临核心矛盾：卓越的导电性（1.59×10^?8 Ω·m）与先天机械性能不足（硬度通常＜100 HV）的尖锐对立。传统解决方案如合金化或复合材料虽能提升强度，却往往牺牲导电性；而电镀、冷喷涂等常规制备技术又难以协调载流摩擦工况下的协同优化需求。如何突破这一"导电-强度"权衡困境，成为新一代电接触材料研发的关键挑战。

广东工业大学的Dexin Chen团队在《Journal of Materials Science》发表的研究中，创新性地将增材制造与极端工况加工相结合。通过自主开发的旋转喷涂沉积技术，在优化喷涂距离、流速和时长等参数后，成功在铜基体上制备出具有高密度孪晶和堆垛层错（SFs）的银涂层，其电阻率仅为1.711×10^?8 Ω·m，硬度显著提升至145 HV。更突破性的是，研究团队引入聚α烯烃（PAO 6）润滑剂，在载流摩擦过程中通过高载荷（优化至15N）与强电流（8A）的协同作用，于磨损亚表层构建出纳米层状结构。透射电镜分析表明，这种结构源于滑动诱导的动态变形机制，其特征是高应变率（＞10³ s^?1）和应变梯度的共同作用。

关键技术方法包括：1）旋转喷涂沉积系统（参数优化范围：距离150-250mm，流速2-5mL/min）；2）载流摩擦试验机（载荷5-20N，电流0-10A）；3）聚α烯烃（PAO 6）润滑介质；4）透射电子显微镜（TEM）微观结构表征。

Ag coatings prepared on Cu substrates
通过FeCl₃·6H₂O蚀刻铜基体形成粗糙界面，刮擦测试显示涂层结合力均匀稳定（摩擦系数波动＜0.1），为后续载流摩擦提供理想基底。

Preparation of Ag coatings on Cu substrates
优化后的旋转喷涂工艺使银涂层呈现典型柱状晶结构，X射线衍射（XRD）证实孪晶密度较传统方法提升3倍，这是实现高导电-高强协同效应的结构基础。

Conclusions
纳米层状结构的形成使磨损率降低42%，其机制可归纳为：1）层间界面吸收载流摩擦产生的剪切应力；2）定向排列的晶界阻碍位错运动；3）PAO 6润滑膜抑制摩擦氧化。

该研究的重要意义在于：首次实现增材制造-载流摩擦的跨尺度协同调控，不仅为电接触材料提供"导电-强度-耐磨"三位一体解决方案，更创立了通过极端工况加工构建纳米结构的新范式。特别是发现的动态变形机制，为高熵合金、钛铝系高温合金等材料的强韧化设计提供了普适性启示。研究获得国家自然科学基金（52105186）和广东省重点领域研发计划（2023B0101200008）等项目的支持。