TMR|太原理工大学乔珺威教授团队提出摩擦诱导润滑效应,实现多类金属低摩擦耐磨
- 2026-03-26 08:16:09
摩擦与磨损是制约机械系统效率和服役寿命的重要因素。据统计，全球约23%的能源消耗与摩擦磨损相关，不仅造成巨大的经济损失，还可能引发设备失效甚至安全事故。因此，如何实现工程金属材料的低摩擦与高耐磨性能，一直是材料科学与机械工程领域的重要研究方向。
目前，提升金属材料摩擦学性能的策略主要包括表面纳米化、梯度结构设计、自润滑复合材料以及表面涂层等。然而，这些方法往往存在成本高、工艺复杂或适用范围有限等问题，难以满足大规模工程应用需求。
针对这一挑战，太原理工大学乔珺威教授团队提出了一种经济、温和且具有广泛适用性的摩擦调控策略。研究通过调控滑动模式与对偶材料类型，在摩擦界面诱导形成复合润滑层，实现多类金属结构材料的低摩擦与低磨损协同提升，并揭示了其背后的摩擦诱导润滑效应（Tribo-induced lubrication effect）机制。该研究为提升工程金属材料摩擦学性能提供了新的思路与技术路径。
文章亮点速览
亮点一｜提出摩擦诱导润滑机制
工作内容：研究提出“摩擦诱导润滑效应”概念，在特定摩擦条件下，摩擦界面可自发形成由Co转移膜与纳米WC颗粒构成的复合润滑层。
研究价值：该润滑层能够通过低剪切强度基体、纳米颗粒滚动效应及接触应力分散等机制，实现摩擦与磨损的协同降低，为金属材料界面润滑提供新的理论框架。
亮点二｜滑动模式调控摩擦行为
工作内容：研究系统比较了往复滑动（RP）与单向滑动（UD）两种摩擦模式对材料磨损行为的影响，发现单向滑动可显著抑制表面裂纹、剥落及热软化现象。
研究价值：揭示了滑动模式对材料表面强化和磨损机制的重要调控作用，为摩擦系统设计提供新的调控维度。
亮点三｜构建复合界面润滑层
工作内容：在WC/Co对偶材料+单向滑动条件下，摩擦界面形成稳定复合润滑层，其中Co相挤出形成转移膜并捕获纳米WC颗粒。
研究价值：该结构实现了滑动—滚动转变及应力分散效应，显著降低摩擦系数与磨损率，使材料性能达到同类合金研究中的领先水平。
亮点四｜适用于多类工程合金
工作内容：研究在六类典型金属结构材料体系中进行了验证，包括：MPEA、304不锈钢、铜合金、TC4钛合金、7075铝合金及AZ91D镁合金。
研究价值：结果表明，该方法在不同材料体系中均能显著降低摩擦系数和磨损率，展现出广泛适用性与工程推广潜力。
文章核心图表
结语
本研究通过系统调控滑动模式与对偶材料，提出并验证了摩擦诱导润滑效应这一新机制，实现了多类金属结构材料摩擦性能的显著提升。在单向滑动与WC/Co对偶体系下，摩擦界面能够自发形成稳定的复合润滑层，从而有效降低摩擦系数并显著抑制磨损行为。
乔珺威教授团队的研究表明，该策略不仅适用于多主元合金体系，还能够在钢、铜合金、钛合金、铝合金及镁合金等多种工程材料中发挥作用，展现出良好的普适性和工程可行性。这一研究成果为金属结构材料摩擦学性能优化提供了新的理论依据和技术路径。
未来，该策略有望在高端装备制造、航空航天、能源装备以及先进机械系统等领域获得应用，为实现高可靠、低能耗的工程材料体系提供重要支撑。
太原理工大学
教授、博士生导师
乔珺威，太原理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，科学技术研究院副院长，山西省国防科技创新团队负责人。主要从事特种金属材料热处理、变形与强韧化等方面研究，重点关注非晶合金、高熵合金及金属材料极端服役行为。入选全球前2%顶尖科学家终身科学影响力榜单和爱思唯尔中国高被引学者，获山西省学术技术带头人、山西省青年拔尖人才等荣誉。
乔珺威教授长期开展高性能金属材料结构与性能调控研究，在高熵合金强韧化机理、非晶复合材料变形行为及残余应力调控模型等方面取得系列创新成果。迄今已在Acta Materialia、International Journal of Plasticity、Applied Physics Letters等国际期刊发表SCI论文260余篇，论文被Nature 等期刊引用8000余次，10余篇入选ESI高被引论文；授权国家发明专利20余项，主编出版《高熵合金》《面心立方结构高熵合金》等学术专著。作为第一完成人获2023年山西省自然科学一等奖、2014年山西省自然科学二等奖，并获中国材料研究学会—Liquidmetal优秀青年科学家奖。
同时担任中国机械工程学会热处理分会委员、中国金属学会非晶合金分会委员、中国材料研究学会发展咨询委员会委员等学术职务，并在《钢铁研究学报》《金属热处理》《International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials》等多种期刊担任编委或青年编委。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S3050914925001608
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出品｜中国材料研究学会
来源｜中国材料研究学会期刊中心
作者｜马艳
排版｜马艳
