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科研進展

蘭州化物所潤滑耐磨損高熵/中熵合金研究獲系列進展

發(fā)表日期:2023-07-14來源:蘭州化學物理研究所放大 縮小

  寬溫度范圍(室溫至800℃)內(nèi)具有低摩擦磨損特性的金屬材料在航空航天、核能等先進裝備運動、傳動系統(tǒng)具有重要的應用前景和價值。近年來發(fā)展的新型高熵合金材料具有諸多新奇特性,為設計制備高性能金屬基潤滑耐磨損材料提供了新的空間,是目前材料學和摩擦學研究的熱點和前沿。

  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/中熵合金設計制備及性能調(diào)控等方面進行了系統(tǒng)研究,取得了系列進展。

  研究人員采用組分/結構精細化調(diào)控,設計制備了(NiAl)1.3(FeCr)1(Co)1.15、Co30Cr28Ni27Al7(Cu6/Ti6)B2(CrFeNi)83(AlTi)17-Ag-BaF2/CaF2等幾種在室溫至800℃的環(huán)境下,具有優(yōu)異潤滑與耐磨損性能的高熵/中熵潤滑耐磨損合金及其復合材料,揭示了材料成分和結構對高熵/中熵合金潤滑耐磨損性能的作用機制,相關材料獲示范應用,解決了核心運動系統(tǒng)高溫潤滑耐磨的關鍵技術問題。相關結果發(fā)表在Tribology International2020, 151: 106444;2021, 154: 106662; 2021, 157: 106912; 2022, 173: 107617)、Journal of Alloys and Compounds2021, 877: 160326)和Journal of Materials Science & Technology2023,153: 75-91)上。相關技術獲中國發(fā)明專利授權5項(ZL 202110052905.3,ZL 202010162188.5,ZL 202011200363.1ZL 202210000834.7,ZL 202211415551.5)。

  近期,研究人員提出通過構筑多級納米異質(zhì)結構和成分波動獲得極低磨損合金的新策略。研究人員采用高熵理念設計制備了一種新型Ni50(AlNbTiV)50復雜成分合金,在室溫至800℃范圍,合金的磨損率在10-7-10-6mm3N-1m-1量級,是目前已報道的寬溫域耐磨損性能最好的金屬類材料,該材料作為高溫抗磨材料具有重要的應用價值。研究人員還探明了多級異質(zhì)結構和成分波動在合金摩擦過程中表面形成抗磨損摩擦層的作用規(guī)律及機制,為設計制備高性能耐磨損金屬材料提供了一種新思路。研究成果發(fā)表在Research2023, 6: 0160)上,相關技術獲中國發(fā)明專利授權1項(ZL 202111079376.2)。

圖1.納米分級異質(zhì)晶粒結構Ni50(AlNbTiV)50合金及其寬溫域耐磨損性能

圖2.Ni50(AlNbTiV)50合金在室溫摩擦過程中形成納米晶/超細晶梯度耐磨層

圖3.Ni50(AlNbTiV)50合金在800℃摩擦過程中形成耐磨損釉質(zhì)層

  蘭州化物所耿鈺山博士為論文第一作者,楊軍研究員和程軍研究員為通訊作者。

  以上工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院青年創(chuàng)新促進會和甘肅省杰出青年基金的支持。

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