高性能金属基润滑耐磨损材料制备新思路
- 2023年08月03日 10:38:28来源：化工仪器网点击：3588
【化工仪器网 项目成果】高熵/中熵合金是近年来发展起来的有别于传统合金的新型合金。高熵合金和中熵合金是由多种主要金属元素构成的合金，一般而言，高熵合金包含5个或5个以上等原子比的金属元素，而中熵合金则包含3个金属元素。
基于其独特的异质结构、成分波动、多级纳米析出相等微观组织结构和多组元特征，高熵/中熵合金展现出卓越的强度—塑性组合、高温结构稳定性、摩擦界面自保护、高温抗氧化等新奇特性。这类新型材料在解决航空航天、轨道交通、核能等领域高端装备运动与传动部件的高温润滑与磨损难题方面具有重要的应用价值和应用前景。
日前，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室高温摩擦学课题组在新型润滑耐磨损高熵/中熵合金设计制备和性能调控等方面进行了系统研究，取得了系列进展，给出一种构筑多级纳米异质结构和成分波动特征来实现合金低磨损的新方法。
晶粒细化和复合润滑相/抗磨相是目前提高金属材料耐磨损性能的主要手段，然而，这两类方法通常会引发新的问题，如当晶粒细化至纳米尺度时，可能会在摩擦过程中引发严重的纳米晶不均匀塑性变形，增加磨损；复合润滑相/抗磨相和基体相之间的错配界面可能会使摩擦界面在磨损过程中发生脆性断裂。
为了保持稳定的低磨损性能，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，通过将合金化浓度从25 at.%(原子百分数)提高至50 at.%，制备了一种具有纳米分级结构和成分波动特征的新型镍铝铌钛钒中熵合金。
研究人员通过放电等离子烧结使元素粉末在1050℃发生异质相分离，并在冷却后固结成型，最终形成高体积分数的纳米耦合晶粒相和分级纳米沉淀相，其呈现纳米分级结构和成分波动特征。纳米分级结构异质相的形成将使合金可在磨损诱导的变形过程中沿深度方向原位形成梯度界面层，选用高浓度的易氧化的铝和铌会促进合金在高温摩擦过程中快速形成保护性氧化釉质层。
与传统合金相比，高熵/中熵合金具有非常广阔的成分调控空间，通过对高熵/中熵合金中的元素进行替换或增减，能获得一些具有特殊性能的微观组织结构和异质相，为设计制备高性能金属基润滑耐磨损材料提供了新思路。新型高熵/中熵合金具有诸多新奇特性，为设计制备高性能金属基润滑耐磨损材料提供了新启发，是目前材料学和摩擦学研究的热点和前沿。
相关研究成果近日发表于综合性学术期刊《研究》。
(资料来源：科技日报)
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