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CoCrNi 中熵合金（MEA）具有面心立方（FCC）结构，因其低层错能而表现出优异的加工硬化能力、低温韧性和疲劳裂纹扩展阻力，被视为潜在的轻质高强结构材料。然而，其较低的硬度（~400 MPa）和屈服强度限制了其在高载荷、复杂摩擦工况下的工程应用。传统的陶瓷颗粒强化方法（如外加Al2O3、WC、TiC等）虽然能够提升硬度和耐磨性，但往往以牺牲塑性为代价，且存在界面结合弱、应力集中和裂纹萌生等问题。近年来，石墨烯因其优异的力学性能和自润滑特性被认为是理想的金属基复合材料增强相，但其易团聚、与金属基体润湿性差、界面结合弱等难题一直制约着其在实际工程中的应用。
受生物材料中互穿网络结构启发，本研究提出了一种“准连续网络结构”设计策略：首先采用低能球磨工艺在CoCrNi合金粉末表面均匀包覆石墨烯纳米片，形成不连续涂层；随后通过放电等离子烧结（SPS）工艺，利用石墨烯与基体之间的界面化学反应原位生成碳化物。石墨烯的不连续包覆阻碍了合金粉末之间的连续冶金结合，最终形成了由石墨烯与碳化物共同构成的准连续网络结构：网络壁分布于原始粉末边界处，而粉末内部则弥散分布着高密度的纳米级颗粒。该结构设计旨在同步实现高强度、高塑性与优异的自润滑耐磨性能，突破传统金属基复合材料强度-塑性-耐磨性难以兼顾的瓶颈。
首次在CoCrNi中熵合金中成功构建了“石墨烯+原位碳化物”的准连续网络结构，有效解决了传统增强相分散不均匀、界面结合弱等难题。复合材料的屈服强度提高至906.5 MPa（提升了151.9%），硬度提高至402.5 HV（提升了80.6%），同时保持良好的压缩塑性（~31.3%）；在5-15 N载荷条件下磨损率降低了82%-92%，摩擦系数稳定在0.56-0.67，显著优于未增强的CoCrNi基体。阐明了复合材料优异的耐磨机制，包括石墨烯在摩擦界面形成自润滑膜、磨损表面形成非晶-晶态纳米复合保护层以及次表面形成梯度塑性变形结构，有效抑制裂纹扩展与应变局域化，显著提升了材料的耐磨性能。
本研究所提出的石墨烯增强CoCrNi中熵合金复合材料，兼具高强度、高塑性与优异的自润滑耐磨性能，适用于高端装备制造领域。例如，在航空航天领域，航空发动机轴承、密封环、涡轮叶片根部等高温、高载荷摩擦学部件；在新能源汽车领域，驱动电机轴承、制动系统摩擦副、精密齿轮等关键零部件；在精密模具领域，注塑模具、冲压模具表面强化层，有效延长模具使用寿命；在极端工况领域，液化天然气泵部件、深海装备密封件等低温或腐蚀环境下的关键摩擦部件。
叶雯婷，在2022年和2025年于西北工业大学材料学院获硕士学位和博士学位，现入职西安建筑科技大学冶金工程学院。研究领域包括金属基复合材料、摩擦磨损及界面设计。
谢明达，2025年毕业于西北工业大学材料学院获硕士学位。研究领域包括金属合金、低温力学行为及材料多尺度表征。
周青，2017年于西安交通大学获材料科学与工程博士学位，现任西北工业大学教授。2021年起在德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）从事博士后研究，入选教育部青年长江学者。研究领域包括高性能合金设计制备、摩擦学行为建模与仿真。
李怡雪，2019年于西安交通大学获材料科学与工程博士学位，现任西北工业大学分析测试中心副研究员。研究领域包括材料微结构表征及先进测试技术开发。
王海峰，2010 年于西北工业大学获材料加工工程博士学位。2010年起就职于西北工业大学凝固技术国家重点实验室，入选教育部青年长江学者。2011-2013年获德国洪堡基金会资助在德宇航中心（DLR）空间材料物理研究所从事合作研究，2014-2015年再次赴DLR做访问学者。研究领域包括金属/陶瓷耐磨与润滑材料、非平衡凝固与固态相变理论、块体非晶合金及其复合材料制备。
编辑 | 徐军
审核 | 解国新
期刊简介
Friction（《摩擦（英文）》）是清华大学主办的国内首个摩擦学领域国际学术期刊，旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章，致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2024年影响因子为8.2，在Web of Science核心合集数据库机械工程领域182种期刊中排名第7位(前4%)，稳居Q1区。现为月刊，年发文量160篇。2024年入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”领军期刊。2025年起，Friction正式转至自主科技期刊国际化数字出版平台SciOpen发布传播，实现完全独立运营，踏上中国科技期刊自主办刊新征程！
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