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高性能金屬基潤滑耐磨損材料制備新思路
2023年08月03日 10:38:28
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：3814
日前，中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室高溫摩擦學課題組在新型潤滑耐磨損高熵/中熵合金設(shè)計制備和性能調(diào)控等方面進行了系統(tǒng)研究，取得了系列進展，給出一種構(gòu)筑多級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分波動特征來實現(xiàn)合金低磨損的新方法。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】高熵/中熵合金是近年來發(fā)展起來的有別于傳統(tǒng)合金的新型合金。高熵合金和中熵合金是由多種主要金屬元素構(gòu)成的合金，一般而言，高熵合金包含5個或5個以上等原子比的金屬元素，而中熵合金則包含3個金屬元素。
基于其獨特的異質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分波動、多級納米析出相等微觀組織結(jié)構(gòu)和多組元特征，高熵/中熵合金展現(xiàn)出卓越的強度—塑性組合、高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、摩擦界面自保護、高溫抗氧化等新奇特性。這類新型材料在解決航空航天、軌道交通、核能等領(lǐng)域高端裝備運動與傳動部件的高溫潤滑與磨損難題方面具有重要的應用價值和應用前景。
日前，中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室高溫摩擦學課題組在新型潤滑耐磨損高熵/中熵合金設(shè)計制備和性能調(diào)控等方面進行了系統(tǒng)研究，取得了系列進展，給出一種構(gòu)筑多級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分波動特征來實現(xiàn)合金低磨損的新方法。
晶粒細化和復合潤滑相/抗磨相是目前提高金屬材料耐磨損性能的主要手段，然而，這兩類方法通常會引發(fā)新的問題，如當晶粒細化至納米尺度時，可能會在摩擦過程中引發(fā)嚴重的納米晶不均勻塑性變形，增加磨損；復合潤滑相/抗磨相和基體相之間的錯配界面可能會使摩擦界面在磨損過程中發(fā)生脆性斷裂。
為了保持穩(wěn)定的低磨損性能，研究人員以鎳元素為溶劑，引入等摩爾比的鋁、鈮、鈦和釩4種元素作為合金化元素，通過將合金化濃度從25 at.%(原子百分數(shù))提高至50 at.%，制備了一種具有納米分級結(jié)構(gòu)和成分波動特征的新型鎳鋁鈮鈦釩中熵合金。
研究人員通過放電等離子燒結(jié)使元素粉末在1050℃發(fā)生異質(zhì)相分離，并在冷卻后固結(jié)成型，最終形成高體積分數(shù)的納米耦合晶粒相和分級納米沉淀相，其呈現(xiàn)納米分級結(jié)構(gòu)和成分波動特征。納米分級結(jié)構(gòu)異質(zhì)相的形成將使合金可在磨損誘導的變形過程中沿深度方向原位形成梯度界面層，選用高濃度的易氧化的鋁和鈮會促進合金在高溫摩擦過程中快速形成保護性氧化釉質(zhì)層。
與傳統(tǒng)合金相比，高熵/中熵合金具有非常廣闊的成分調(diào)控空間，通過對高熵/中熵合金中的元素進行替換或增減，能獲得一些具有特殊性能的微觀組織結(jié)構(gòu)和異質(zhì)相，為設(shè)計制備高性能金屬基潤滑耐磨損材料提供了新思路。新型高熵/中熵合金具有諸多新奇特性，為設(shè)計制備高性能金屬基潤滑耐磨損材料提供了新啟發(fā)，是目前材料學和摩擦學研究的熱點和前沿。
相關(guān)研究成果近日發(fā)表于綜合性學術(shù)期刊《研究》。
(資料來源：科技日報)
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