摩擦磨损是造成高能耗的一个主要原因,也是影响机械装备服役寿命的关键科学技术问题。研究人员一直致力于寻找优异的润滑材料,而黑磷作为一种新型的二维材料,由于其独特褶皱的结构而具有优异的物化性质,并且展现出极佳的摩擦学性能。然而,目前有关黑磷及其复合材料摩擦学性能的研究尚处于起步阶段,这极大限制了其在机械润滑领域的应用。本课题的目标是研究黑磷及其复合材料在摩擦界面的摩擦行为,分析摩擦过程中的摩擦物理化学反应及润滑机理,建立黑磷及其复合润滑材料与摩擦副在摩擦界面微观结构的演变与摩擦学行为的映射关系。本文的主要研究成果为:（1）采用高能球磨法制备黑磷粉末,并使用液相超声剥离的方式制备黑磷纳米片。将黑磷纳米片改性处理为油溶性润滑添加剂,并将其分散到油酸中,利用黑磷的化学活性催化降解润滑油分子并在接触面形成自润滑碳基复合润滑膜,从而构筑固-液多尺度润滑的摩擦接触界面,实现不锈钢界面的宏观超滑。对摩擦副磨痕进行微观形貌、物相成分以及化学价态分析;构建近似摩擦实验条件的反应分子动力学模型,计算黑磷与润滑剂油酸之间的摩擦化学反应路径。结合实验和理论计算,从宏观和原子尺度揭示了黑磷与油分子在摩擦界面的化学反应路径,解释了黑磷在摩擦过程中的减摩抗磨机理。（2）采用化学还原方法合成了黑磷负载纳米银（Ag/BP）复合润滑添加剂。摩擦实验表明,将少量Ag/BP纳米复合材料添加到PAO6油中可实现极低的摩擦系数和磨损率,实现协调润滑效果。对摩擦界面进行微观形貌、物化成分分析可知,复合材料与基础油在摩擦界面处发生摩擦化学反应,并形成一层碳基自润滑薄膜,这导致了极低的摩擦系数和优异的耐磨性。这项研究证实了黑磷负载纳米银作为润滑添加剂可行性,为拓展黑磷负载纳米金属复合材料在摩擦学领域的应用提供了一种新的途径。（3）探索引入纳米金属对复合材料在摩擦化学催化诱导生成自润滑碳膜的作用机理,以及对摩擦学性能提升的润滑机理。在上一个工作Ag/BP制备的基础上,拓展黑磷负载纳米金属的种类,制备了包括Au/BP和Pd/BP复合纳米材料,研究了复合材料作为润滑添加剂的摩擦学性能。分析发现,负载于黑磷表面的纳米金属的粒径及其覆盖率对复合材料的摩擦性能有直接的影响。并重点对Au/BP作为润滑添加剂进行摩擦实验和分析,结合分子动力学模拟,分析纳米Au在摩擦催化油分子降解生成自润滑碳膜的过程中发挥的作用,发现纳米Au促使黑磷改变层间的滑动方式从而形成非公度接触,揭示了黑磷负载纳米金属实现超低摩擦的机理。（4）进一步探索黑磷与碳基薄膜在摩擦界面发生的摩擦物理或化学反应,以及对宏观尺度上机械系统摩擦学性能的影响。将纳米黑磷涂覆在Si O2片上作为固体润滑薄膜,采用含氢DLC球作为摩擦对偶。摩擦实验发现,黑磷薄膜可显著提升摩擦副的抗磨效果。分析表明,黑磷能有效避免摩擦副的直接接触,其本身优异的润滑效果能降低摩擦副的摩擦与磨损;而随着摩擦的进行,在摩擦热和剪切力的作用下,黑磷及其氧化物能促使DLC薄膜发生结构转变,形成具有优异摩擦学性能的含氢类富勒烯薄膜,从而提高摩擦副的抗磨性能。