材料表面耐磨性能的调控技术是高端装备制造、能源开发、交通运输等国家战略领域的关键共性技术。随着我国制造业向高端化、智能化、绿色化方向快速发展，传统材料表面改性技术已难以满足极端工况下装备长寿命、高可靠性的迫切需求。在此背景下，仿生学与纳米技术的交叉融合为材料表面耐磨性能的突破性提升提供了全新思路。本书系统阐述仿生织构与微纳颗粒协同的材料耐磨调控技术，旨在建立一套完整的表面功能化设计理论体系和技术路线，为解决国家重大工程中的关键摩擦学问题提供科学依据和技术支撑。当前，我国正处于制造强国建设的关键时期。《中国制造2025》将高性能材料列为重点发展领域，明确提出要突破材料服役性能调控等关键技术。在;碳达峰、碳中和战略目标下，装备能效提升和寿命延长对节能减排具有重要意义。然而，我国在高端装备关键部件领域仍面临;卡脖子问题，其中材料表面耐磨性能不足导致的过早失效是制约装备可靠性的主要瓶颈之一。以特种设备、钻探装备、食品工业装备等为例，其服役环境往往伴随着极端载荷、复杂介质和温度交变等苛刻条件，传统表面改性技术难以实现长效耐磨。因此，发展新型表面耐磨调控技术具有重要的战略意义和应用价值。仿生织构化表面技术为解决上述问题提供了创新途径。自然界经过亿万年进化形成的生物表面（如鲨鱼皮肤、荷叶表面、贝壳表面等）展现出优异的减阻、耐磨和自清洁特性。本书第1章系统阐述了从生物原型到工程织构的演化历程，揭示了多尺度织构的摩擦学行为调控机制；第2章重点研究了微纳颗粒协同调控超高分子量聚乙烯（UHMWPE）抗老化耐磨行为的新方法；第3章创新性地提出了仿生织构与纳米颗粒复合的疏水耐磨表面设计方法，通过系统研究织构形貌参数与纳米颗粒种类的协同效应，实现了表面疏水性能与耐磨性能的协同优化；第4章系统研究了铸铁表面不同仿生织构与微纳润滑体系的协同机制；第5章重点研究了复杂工况下仿生织构与微纳颗粒协同增强耐磨技术。本书的研究工作获得了多项科研项目的资助，具体包括：四川省自然科学基金项目;织构协同纳米颗粒改性钛合金摩擦学性能研究（2023NSFSC0871）、四川省市场监督管理局科技计划项目;纳米颗粒改性电梯曳引轮失效延缓技术研究（SCSJZ_2024_013）、泸州市重点研发计划项目;酿酒自动化生产线传送机构自清洁材料研究（2020_GYF_1）、泸州老窖集团有限责任公司产学研合作项目;材料表面摩擦学改性技术研究，以及宜宾市双城市校协议产教融合专项、西华大学2025年校级教育教学改革项目（产教融合专项2025_86_3）。上述项目的专项资金支持为书中研究工作的顺利开展提供了重要保障。本书的研究工作得到了西华大学机械工程学院、西华大学宜宾研究院、泸州老窖集团有限责任公司、成都市特种设备检验检测研究院、宜宾普邦精密制造有限公司、宜宾普什联动科技有限公司、泸州老窖集团有限责任公司博士后工作站的大力支持。在此特别感谢西安交通大学董光能教授、西南交通大学刘启跃教授和蔡振兵教授、西华大学张均富教授、中北大学仝哲老师在理论研究方面给予的专业指导，泸州老窖集团有限责任公司张良董事长、成都市特种设备检验检测研究院机电二部陈永贤部长、泸州先研院唐永清副院长和泸州老窖集团有限责任公司博士后工作站刘璇、航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司胡家杰教授级高级工程师、宜宾普邦精密制造有限公司钟明刚总经理等企业专家在工程应用方面提供的宝贵建议。同时，本书的完成得益于许多研究生的积极参与。在这里我要特别感谢我指导的研究生陈思强、蒋岳杨、宋龙、董家志、聂旭扬、杨鑫豪、叶海洋、向超等同学，他们在资料收集、章节起草、内容组织、试验完成和图表制作等方面做了很多工作。当前，全球新一轮科技革命和产业变革深入发展，材料表面工程领域正面临前所未有的机遇与挑战。希望本书的出版能够为从事材料科学、机械工程、摩擦学研究的科技工作者提供有益参考，为推动我国表面工程技术进步、服务国家重大战略需求贡献绵薄之力。由于著者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。

著者2025年5月

本书系统阐述了面向工程应用的仿生织构与微纳颗粒协同耐磨调控技术。针对高端装备制造、能源开发等领域对材料表面耐磨性能的迫切需求，基于仿生学原理和纳米技术，构建了多尺度协同的表面功能化设计理论体系。研究揭示了仿生织构通过优化应力分布、改善润滑介质输运等机制提升耐磨性能的规律，阐明了微纳颗粒填充产生的尺寸效应和界面增强效应。重点探讨了不同材料的微纳协同改性技术，开发了具有抗老化特性的耐磨复合材料；建立了仿生织构与纳米颗粒复合的疏水耐磨表面设计方法；提出了金属基仿生复合表面的摩擦适配性优化策略；研制了适用于复杂工况的微纳组装颗粒润滑体系。通过系统的试验研究和理论分析，验证了仿生织构与微纳颗粒协同作用对材料耐磨性能的显著提升效果，为解决国家重大工程中的关键摩擦学问题提供了创新性解决方案。本书可作为高等院校材料科学与工程、机械工程、表面科学与工程及相关专业本科生、研究生的教材，也可供相关领域教师及科研工作者在教学与研究中参考使用。

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第1章仿生织构与微纳颗粒协同耐磨技术概述1.1仿生织构化表面技术0011.1.1从生物原型到工程织构的演化历程0021.1.2多尺度织构的摩擦学调控机制0071.2微纳颗粒增强技术0081.2.1纳米润滑材料的发展历程0091.2.2微米_纳米协同增强效应010参考文献012

第2章微纳颗粒协同调控高分子材料的抗老化耐磨行为2.1试验设计0142.1.1UHMWPE的微纳颗粒填充工艺0142.1.2耐磨与抗老化耦合试验0152.2纳米颗粒对UHMWPE摩擦学性能的影响0202.2.1TiO2纳米颗粒填充的摩擦学性能0202.2.2ZnO纳米颗粒填充的摩擦学性能0252.3纳米颗粒改性聚乙烯的抗老化磨损性能影响0302.3.1UHMWPE基体的老化摩擦学行为0302.3.2TiO2纳米颗粒改性的抗老化摩擦性能0352.3.3ZnO纳米颗粒改性的抗老化摩擦性能045本章小结054参考文献055

第3章仿生织构与纳米颗粒复合疏水耐磨表面的设计3.1试验设计与协同改性方法0583.1.1仿生织构的制备与优化0583.1.2微纳颗粒的复合填充方案0603.2改性表面疏水性能0613.2.1织构的疏水特性0613.2.2纳米颗粒的疏水特性0643.2.3织构/ZnO协同疏水效应0663.2.4织构/TiO2协同疏水效应0683.2.5织构/SiO2协同疏水效应0703.3改性表面的摩擦学性能0733.3.1织构化表面的摩擦学行为0733.3.2织构/ZnO协同的摩擦学性能0783.3.3织构/TiO2协同摩擦学性能0893.3.4织构/SiO2协同摩擦学性能100本章小结111参考文献111

第4章金属基仿生复合表面的摩擦适配性设计4.1试验设计与协同改性方法1134.1.1铸铁表面仿生织构化处理1134.1.2微纳颗粒润滑体系的构建1144.2单一织构的摩擦磨损特性1154.2.1凹坑织构的耐磨特性1154.2.2沟槽织构的耐磨特性1194.2.3波浪纹织构的耐磨特性1234.2.4仿生贝壳纹织构的耐磨特性1264.3织构与PU十PTFE十MoS2的协同效应1304.3.1凹坑织构复合PU十PTFE十MoS2的性能1304.3.2沟槽织构复合PU十PTFE十MoS2的性能1354.3.3波浪纹织构复合PU十PTFE十MoS2的性能1404.3.4仿生贝壳纹织构复合PU十PTFE十MoS2的性能1444.4织构与PU十PTFE十BN纳米颗粒的协同效应1494.4.1凹坑织构复合PU十PTFE十BN的性能1494.4.2沟槽织构复合PU十PTFE十BN的性能1544.4.3波浪纹织构复合PU十PTFE十BN的性能1594.4.4仿生贝壳纹织构复合PU十PTFE十BN的性能163本章小结168参考文献169

第5章复杂工况仿生织构与微纳颗粒协同增强耐磨技术5.1试验设计与协同改性方法1715.1.1改性钻井液配制方法1715.1.2摩擦学测试方案1725.2单一纳米颗粒改性钻井液的性能1725.2.1BN改性润滑液的摩擦学行为1725.2.2MoS2改性钻井液的润滑特性1785.2.3C3N4改性钻井液的减摩机制1825.3微纳组装颗粒改性润滑液的性能1865.3.1BN@MoS2复合颗粒的协同效应1865.3.2C3N4@MoS2复合颗粒的协同效应1905.4织构协同纳米颗粒的摩擦学优化1945.4.1TC4钛合金表面织构的独立影响1945.4.2织构/MoS2_钻井液复合体系的性能2005.4.3织构/BN@MoS2_润滑液复合体系的性能2065.4.4织构/C3N4@MoS2_润滑液复合体系的性能211本章小结217参考文献218