背景介绍

金属基复合材料（MMC）因其综合了金属相的延展性和增强相的高强度、高硬度等特性，在耐磨减摩领域具有较大应用潜力。传统的MMC硬质涂层主要通过提高增强相的含量来提高涂层的硬度和耐磨性，然而由于两相间理化性质差异较大，涂层内易产生较大的热应力或相变应力，导致涂层韧性下降，裂纹敏感性升高。与传统表面改性技术相比，激光熔覆（LC）使用高能激光束作为热源，涂层形成过程迅速，有利于获得细晶组织，降低涂层开裂敏感性。此外，石墨烯（Gr）因具有特殊的二维结构与优异的热学性能、力学性能以及自润滑性能，将其作为增强相加入金属基体中，可以形成多尺度结构涂层，在提升涂层硬度、改善减摩耐磨性能的同时，提高涂层的断裂韧性。因此本文以采用激光熔覆法制备石墨烯增强钛基、镍基、钴基复合涂层为主线，系统综述了石墨烯对金属基复合涂层微观组织演变和摩擦学性能的影响，并归纳总结了石墨烯的减摩耐磨机理，提出LC加工制备Gr/MMC涂层过程中现存的若干难点，对其进一步研究和发展进行了展望，以期为后续相关研究和实际应用提供有益参考。

论文亮点工作总结

石墨烯的减摩耐磨机理

采用LC法制备Gr/MMC涂层，即利用原位合成的方法生成多尺度结构涂层，通过二维石墨烯和原位生成的碳化物颗粒的协同作用，共同提高复合涂层的硬度、强度及摩擦学性能，并且保证涂层韧性基本不变或仅略微下降。

本文从宏观和微观两个维度对石墨烯的减摩耐磨机理进行归纳，具体为：细晶强化，弥散强化，位错强化，石墨烯对裂纹的偏转、桥接等增韧效果，载荷转移机制和涂层表面润滑膜的形成。

结束语

目前激光熔覆法制备石墨烯增强金属基复合材料（Gr/MMC）涂层的研究已取得一定进展，但加工过程中仍存在以下难点：石墨烯易在涂层偏析，影响性能均匀性；激光高温易破坏其二维结构，削弱增强效果；激光参数、石墨烯添加量与涂层性能优化关联复杂，导致周期长、成本高。

未来研究将双管齐下。借助机器学习，结合数值模拟与实验，从微观层面揭示石墨烯改性机理，为涂层优化提供理论支撑；优化石墨烯与金属粉末混合工艺，研发新表面改性方法，提升石墨烯留存率与和基体的相容性。

团队介绍

中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室团队（负责人刘秀波老师），长期聚焦于材料表界面结构与性能调控、表面涂层制备技术等关键研究方向，是省内乃至国内在该领域较具影响力的科研力量。近5年承担国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、中央军委基础计划加强重点基础研究等国家级和省部级项目40余项；与湖南省冶金材料研究院有限公司、湖南碳谷控股集团有限公司等多家企业建立了产学研合作关系，已有10项科研成果转让。发表学术论文500余篇，其中SCI/EI论文320多篇，授权发明专利100余件。获湖南省自然科学二等奖、湖南省科技进步二等奖、湖南省专利三等奖和中国钢结构协会技术创新奖等多项科技奖励。