乐鱼,高性能金属基润滑耐磨损材料制备有了新思路
2024-03-29

高机能金属基润滑耐磨损材料制备有了新思绪 ����APP

7月30日，科技日报记者从中国科学院兰州化学物理研究所领会到，该所固体润滑国度重点尝试室高温磨擦学课题组在新型润滑耐磨损高熵/中熵合金设想制备和机能调控等方面进行了系统研究，获得了系列进展。给出一种修建多级纳米异质布局和成份波动特点来实现合金低磨损的新方式，相干研究功效近日颁发在分析性学术期刊《研究》。

新型高熵/中熵合金具有诸多别致特征，为设想制备高机能金属基润滑耐磨损材料供给了新开导，是今朝材料学和磨擦学研究的热门和前沿。

在处理高温润滑与磨损方面具有主要利用价值

保守合金常常是由一种或两种首要金属元素组成，其他合金化元素的比例相对很低。高熵/中熵合金是最近几年来成长起来的有别在保守合金的新型合金。高熵合金和中熵合金是由多种首要金属元素组成的合金，两者只是在首要金属元素的品种和数目上有差别。一般而言，高熵合金包括5个或5个以上等原子比的金属元素，而中熵合金则包括3个金属元素。高熵/中熵合金揭示出很多优良的力学和物理机能。

“高熵/中熵合金有几个较着的特点，首要包罗组织布局表示出复杂异质性、成份表示出多组元特点，具有‘质剂不分’的浓缩固溶体布局、晶体布局表示出持续畸变性。”中国科学院兰州化学物理研究所研究员程军引见，基在其怪异的异质布局、成份波动、多级纳米析出相等微不雅组织布局和多组元特点，高熵/中熵合金揭示出出色的强度—塑性组合、高温布局不变性、磨擦界面自庇护、高温抗氧化等别致特征。

与保守合金比拟，高熵/中熵合金具有很是广漠的成份调控空间，经由过程对高熵/中熵合金中的元素进行替代或增减，能取得一些具有非凡机能的微不雅组织布局和异质相，为设想制备高机能金属基润滑耐磨损材料供给了新思绪。

程军告知记者，针对高熵/中熵合金系统展开润滑耐磨损成份设想，采取熔炼、粉末冶金或喷涂等工艺便可制备出具有润滑与耐磨损机能的高熵/中熵合金材料。

“这类新型材料在处理航空航天、轨道交通、核能等范畴高端设备活动与传动部件的高温润滑与磨损困难方面具有主要的利用价值和利用前景。”程军引见。

强度、塑性、热不变性和耐磨性优在保守合金

中低温下，金属材料磨擦表界面会产生严峻的弹塑性变形、局部断裂和磨粒磨损，而高温下则会产生材料黏着、软化变形和氧化磨损，这些身分致使金属材料在宽温度规模内表示出严峻的磨擦磨损。针对上述问题，晶粒细化和复合润滑相/抗磨相是今朝提高金属材料耐磨损机能的首要手段。

“可是，这两类方式凡是会激发新的问题，如当晶粒细化至纳米标准时，可能会在磨擦进程中激发严峻的纳米晶不平均塑性变形，增添磨损；复合润滑相/抗磨相和基体相之间的错配界面可能会使磨擦界面在磨损进程中产生脆性断裂。”程军说。

研究注解，假如在磨擦副界面之间引入一个可以或许逐级释放磨擦应力的界面层，可极年夜减小磨擦进程中不平均塑性变形和界面错配致使的磨损问题。但是，这类非凡的界面层难以经由过程常规的制备或加工手段取得。

基在这个问题，研究人员斟酌是不是可经由过程调控合金的成份和布局设想制备一种新型金属材料，使其能在中低温磨擦进程华夏位构成逐级释放应力的梯度界面耐磨层，高温磨擦进程中构成耐磨损釉质层，从而在宽温度规模内连结不变的低磨损机能。

高熵/中熵合金怪异的浓缩固溶体布局使其表示出优在保守合金的强度、塑性、热不变性和耐磨性等机能。是以，研究人员以镍元素为溶剂，引入等摩尔比的铝、铌、钛和钒4种元素作为合金化元素，经由过程将合金化浓度从25at.%（原子百分数）提高至50at.%，制备了一种具有纳米分级布局和成份波动特点的新型镍铝铌钛钒中熵合金。为了使溶质元素之间构成高夹杂熵的过饱和固溶体布局，元素粉末需履历32小时的机器合金化进程，构成面心立方布局和体心立方布局的夹杂固溶体粉末。

研究人员经由过程放电等离子烧结使粉末在1050℃产生异质相分手，并在冷却后凝结成型，终究构成高体积分数的纳米耦合晶粒相和分级纳米沉淀相，其显现纳米分级布局和成份波动特点。纳米分级布局异质相的构成将使合金可在磨损引诱的变形进程中沿深度标的目的原位构成梯度界面层，选用高浓度的易氧化的铝和铌会增进合金在高温磨擦进程中快速构成庇护性氧化釉质层。

另外，高浓度的钛可显著晋升合金系统的晶格畸变效应，从而提高磨擦界面层的屈就强度。

“与保守合金比拟，该合金的布局由分级纳米耦合晶粒构成，表示出纳米标准的成份波动特点，这类怪异的异质性布局使合金在室温至800℃宽温度规模内的磨损进程中自觉激活自顺应磨擦界面庇护行动，构成耐磨损纳米梯度磨擦层或釉质层。该材料作为高温抗磨材料具有主要的利用价值。”程军说。他认为该合金成份可调、可采取热压、喷涂等多种工艺固化成型，无望实现财产化利用。

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