高性能金屬基潤滑耐磨損材料制備新思路
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)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(gè)或5個(gè)以上等原子比的金屬元素，而中熵合金則包含3個(gè)金屬元素。
基于其獨(dú)特的異質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分波動(dòng)、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(qiáng)度—塑性組合、高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、摩擦界面自保護(hù)、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(yùn)動(dòng)與傳動(dòng)部件的高溫潤滑與磨損難題方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
日前，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高溫摩擦學(xué)課題組在新型潤滑耐磨損高熵/中熵合金設(shè)計(jì)制備和性能調(diào)控等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了系列進(jìn)展，給出一種構(gòu)筑多級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分波動(dòng)特征來實(shí)現(xiàn)合金低磨損的新方法。
晶粒細(xì)化和復(fù)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(dāng)晶粒細(xì)化至納米尺度時(shí)，可能會在摩擦過程中引發(fā)嚴(yán)重的納米晶不均勻塑性變形，增加磨損；復(fù)合潤滑相/抗磨相和基體相之間的錯(cuò)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?jǐn)?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(dòng)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?jǐn)?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(dòng)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(dǎo)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(jìn)合金在高溫摩擦過程中快速形成保護(hù)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(jìn)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(jì)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(jì)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(xué)和摩擦學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿。
相關(guān)研究成果近日發(fā)表于綜合性學(xué)術(shù)期刊《研究》。
(資料來源：科技日報(bào))
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