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MXene基减摩耐磨涂层制备及其摩擦学性能研究

摘要

MXene作为一种新兴的二维层状材料，在固体润滑领域中具有巨大的应用

前景。固体润滑剂常用于复杂且苛刻工况环境下的机械表面防护，然而单一的固

体润滑材料都有其固有的局限性，随着使用时间的延长和载荷的增加，TiCT

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纳米片由于其独特的层状结构很容易发生脆性断裂。因此，本文基于MXene二

维层状材料，探索了新型的复合减摩耐磨涂层的本体设计与制备，以减少设备运

行过程中的摩擦磨损。同时，主要从研究MXene本体的良好减摩耐磨性能以及

新型MXene基复合润滑涂层的摩擦学性能两个方向着手，研究了涂层制备工艺

对多层TiCT固体润滑涂层的摩擦学性能的影响，随后对TiCT@Cu复合固

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体润滑涂层和TiCT@MoS复合固体润滑涂层的制备以及它们的减摩耐磨性能

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等方面展开了系统的研究。本文的主要研究内容及结论如下：

（1）首先通过自上而下的刻蚀方法，得到多层TiCT纳米材料，并采用滴

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注法在硅片上沉积得到多层TiCT固体润滑涂层。重点研究了不同工艺参数对

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TiCT涂层减摩耐磨性能的影响。得到了多层TiCT固体润滑涂层的最优制备

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工艺，当TiCT分散液的浓度为1mg/ml时，滴注量为0.15ml时涂层能够达到

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0.2的低摩擦系数，相较于硅基底降低了69%；

（2）通过原位还原法获得Cu纳米颗粒附着在TiCT纳米片上的

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TiCT@Cu纳米复合材料，再采用滴注的方法沉积得到多层TiCT@Cu固体

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润滑涂层。研究了复合固体润滑涂层的摩擦磨损行为，结果表明，其摩擦系数低

至0.15，同时其摩擦寿命约为多层TiCT涂层的4.2倍。并通过各种表征方法

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分析了涂层摩擦前后的形态、化学成分和微观结构，从而得到复合涂层的润滑机

理。TiCT层间Cu颗粒的存在促使滑动摩擦变为滚动摩擦，同时摩擦产生的

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CuO和TiO修复摩擦界面，最终获得具有优异性能的多层TiCT@Cu复合润

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滑涂层；

（3）通过水热合成反应在多层TiCT基体的层间和表面生长上MoS纳米

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片，成功制备了多层TiCT@MoS纳米复合材料，通过滴注的方法沉积得到多

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层TiCT@MoS复合固体润滑涂层。系统研