寬溫域耐磨損性能金屬類材料獲進展
寬溫度范圍（室溫至800℃）內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、傳動系統具有重要應用前景和價值。近年來發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。
近日，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/中熵合金設計制備和性能調控等方面進行了系統研究，取得了系列進展。相關成果發表于《研究》。
“金屬材料的摩擦磨損性能與溫度密切相關，溫度會影響材料的強度、塑性、硬度等力學性能和表界面的摩擦化學反應，這些因素導致金屬材料在比較寬的溫度范圍內難以具備低的摩擦系數和磨損率。”蘭州化物所研究員程軍告訴《中國科學報》。
研究團隊針對寬溫域和高溫下的潤滑與耐磨損問題，通過組分/結構精細化調控設計制備了鈷鉻鎳、鈷鉻鐵鎳鋁、鈷鉻鎳鋁鈦硼等幾類高熵、中熵合金潤滑耐磨損材料，針對海洋腐蝕環境設計制備了鋁鈷鉻鐵鎳銅強化高熵合金。同時，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，相關材料獲得示范應用，解決了核心運動系統高溫潤滑耐磨的關鍵技術問題。最近，研究團隊設計制備了一種具有多級納米異質結構和成分波動特征的新型鎳鋁鈮鈦釩中熵合金，該材料是目前已報道的寬溫域耐磨損性能最好的金屬類材料，作為高溫抗磨材料具有重要的應用價值；揭示了該合金在摩擦過程中表面形成抗磨損摩擦層的作用規律及機制。
新型高熵合金材料獨特的異質相結構、成分波動、多級納米析出相等微觀組織結構和多組元特征，展現出了卓越的強度-塑性組合、高溫結構穩定性、摩擦界面自保護、高溫抗氧化等新奇特性。
“與傳統合金相比，其具有非常廣闊的成分調控空間，通過對高熵合金體系中的元素進行替換或增減能夠獲得一些具有特殊性能的微觀組織結構和異質相，因此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。”程軍說。
在潤滑耐磨損領域，高端裝備運動與傳動部件的服役工況復雜苛刻，往往涉及寬溫度范圍、高載/交變載荷、輻照、微動、腐蝕介質等多種極端耦合工況，對跨環境、跨溫度等變工況條件的先進潤滑耐磨損材料具有迫切需求。
以上進展也為科研人員設計新型高性能金屬潤滑耐磨損材料提供了新啟發和新方向。
“未來希望通過機器學習、材料基因工程等新方法來革新高熵合金潤滑耐磨損材料的設計制備和應用研究模式，探明高熵合金成分-結構-性能之間的構效關系。”
程軍表示，在磨損模型和壽命預測上發展相關業務，將進一步推進先進高熵合金潤滑耐磨損材料在高端裝備領域的臺架考核和產業化應用研究，促進科技成果轉移轉化。
相關論文鏈接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0160
納米分級異質晶粒結構50合金及其寬溫域耐磨損性能。蘭州化物所供圖。
