杨军等润滑耐磨损高熵/中熵合金研究获系列进展

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宽温度范围（室温至800℃）内具有低摩擦磨损特性的金属材料在航空航天、核能等先进装备运动、传动系统具有重要的应用前景和价值。近年来发展的新型高熵合金材料具有诸多新奇特性，为设计制备高性能金属基润滑耐磨损材料提供了新的空间，是目前材料学和摩擦学研究的热点和前沿。
　　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/中熵合金设计制备及性能调控等方面进行了系统研究，取得了系列进展。
　　研究人员采用组分/结构精细化调控，设计制备了(NiAl)1.3(FeCr)1(Co)1.15、Co30Cr28Ni27Al7(Cu6/Ti6)B2和(CrFeNi)83(AlTi)17-Ag-BaF2/CaF2等几种在室温至800℃的环境下，具有优异润滑与耐磨损性能的高熵/中熵润滑耐磨损合金及其复合材料，揭示了材料成分和结构对高熵/中熵合金润滑耐磨损性能的作用机制，相关材料获示范应用，解决了核心运动系统高温润滑耐磨的关键技术问题。相关结果发表在Tribology International（2020, 151: 106444;2021, 154: 106662; 2021, 157: 106912; 2022, 173: 107617）、Journal of Alloys and Compounds（2021, 877: 160326）和Journal of Materials Science & Technology（2023,153: 75-91）上。相关技术获中国发明专利授权5项（ZL 202110052905.3，ZL 202010162188.5，ZL 202011200363.1，ZL 202210000834.7，ZL 202211415551.5）。
　　近期，研究人员提出通过构筑多级纳米异质结构和成分波动获得极低磨损合金的新策略。研究人员采用高熵理念设计制备了一种新型Ni50(AlNbTiV)50复杂成分合金，在室温至800℃范围，合金的磨损率在10-7-10-6mm3N-1m-1量级，是目前已报道的宽温域耐磨损性能最好的金属类材料，该材料作为高温抗磨材料具有重要的应用价值。研究人员还探明了多级异质结构和成分波动在合金摩擦过程中表面形成抗磨损摩擦层的作用规律及机制，为设计制备高性能耐磨损金属材料提供了一种新思路。研究成果发表在Research（2023, 6: 0160）上，相关技术获中国发明专利授权1项（ZL 202111079376.2）。

图1.纳米分级异质晶粒结构Ni50(AlNbTiV)50合金及其宽温域耐磨损性能

　　兰州化物所耿钰山博士为论文第一作者，杨军研究员和程军研究员为通讯作者。
　　以上工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会和甘肃省杰出青年基金的支持。
      文章来源：兰州化物所
      杨军，男，1974年生，内蒙古鄂尔多斯人。1999年本科毕业于内蒙古大学化学系，2005年于中科院兰州化学物理研究所获得物理化学专业博士学位，之后一直在中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室工作，长期从事高温摩擦学的基础理论、相关材料设计制备和应用研究。研究揭示了高温环境下材料的摩擦磨损行为特征规律以及氧化与磨损的耦合作用机制，阐述了高温摩擦化学的作用和高温润滑机理，明确了几种固体润滑剂的协同作用规律，提出了高温润滑耐磨材料的组分设计原则和制备工艺控制方法，发展了燃烧合成熔化制备大块纳米晶材料技术。研制的高温润滑耐磨损材料在国防高技术装备和轨道交通领域获得应用。 相关研究结果在Advanced Materials、Acta Materialia、Scripta Materialia、Materials and Design和Wear等国内外刊物上发表论文160余篇，SCI收录150余篇，SCI引用1330余次。申请中国发明专利42件，其中授权13件。获2009年甘肃省技术发明一等奖1项（排名五）、2016年甘肃省自然科学二等奖1项（排名一），“兰化所青年创新奖”优秀奖。做全国青年摩擦学会议大会邀请报告、国际学术会议分会邀请报告、全国摩擦学大会分会场邀请报告。主持国家自然科学基金、军品配套项目、中科院重点部署子课题以及省部级、企业委托等项目10余项。兼任纳米材料杂志特刊（Journal of Nanomaterials, Special Issue）客座编辑、Journal of Tribology编委、摩擦学学报编委。