多层Ti3C2Tx涂层机械性能与摩擦学性能的协同作用机制研究

本文揭示了MXene涂层（Ti3C2Tx）在摩擦过程中形成的摩擦层（tribolayer）的机械性能（硬度、弹性模量）与摩擦学性能（摩擦系数、磨损率）的动态关联。通过纳米压痕（nano-indentation）和球-盘摩擦测试（ball-on-disk tribometry），发现载荷升高至400 mN时摩擦层密度化和结构重组可提升80%机械性能，同时维持低摩擦系数（0.22）和磨损率（4.5×10-5 mm3/N·m），为高性能固体润滑涂层设计提供理论依据。

　　

亮点

本研究阐明了Ti₃C₂T_x涂层摩擦层的机械性能对其摩擦学响应的关键影响。在100 mN载荷下，摩擦层实现56%的摩擦降低，同时保持卓越的机械完整性（摩擦系数0.22，磨损率4.5×10^-5 mm³/N·m）。当载荷增至400 mN时，摩擦层通过致密化和结构重组（伴随摩擦氧化）使硬度和杨氏模量提升80%以上，显著增强其抗机械应力能力。

结论

我们的研究明确了Ti₃C₂T_x涂层摩擦层的机械性能对其性能的决定性作用：低载荷（100 mN）下摩擦层通过结构完整性实现减摩抗磨；高载荷（400 mN）下摩擦层致密化与重组大幅提升机械性能，使其适应苛刻工况。这些发现为理解摩擦层的微观结构-化学-机械性能协同机制奠定基础，推动Ti₃C₂T_x在耐磨需求领域的应用。