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科研进展

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发表日期:2020-07-30来源:兰州化学物理研究所圣淘沙现金充值 缩小

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  航空、航天、核工程、化工、能源动力等高新技术产业的飞速发展对苛刻工况下(高温、宽温域、高速、重载等)服役材料的润滑性能提出了越来越高的要求,尤其是对高温及宽温域润滑材料及技术的需求日益增加,因此研发高温及宽温域固体润滑材料(涂层)及技术具有强烈的应用背景,并且高温及宽温域固体润滑材料和涂层技术研究是摩擦学领域研究的热点和难点之一,也是固体润滑学科研究的前沿课题。

  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金属及陶瓷摩擦学研究组多年来致力于高性能高温及宽温域固体润滑材料和涂层的设计、制备等方面的基础和应用研究。近年来,针对高温烟气、重载、微动等服役工况,研究人员发明了用于重载、高温及宽温域润滑、防粘的固体润滑复合材料及其抗磨涂层技术,获得国家发明专利授权,专利号:ZL 201510789406.7、ZL201711158392.4、ZL 201010551636.7等。

  针对长期处于800℃及以上温度和重载工况中的金属机械部件表面(如大型煤化工重载高温热解炉的铰接、回转/传动等核心机构)频繁出现的高温粘结/卡滞、烧蚀或剧烈高温微动磨损等问题,研究人员设计制备了具有过渡层、梯度层和面层的多层复合结构(图1)及高温成膜的涂层材料,赋予了涂层与基底材料、复合涂层层间及相界面良好的结合力和耐高温、抗热震性能。在高温和微动摩擦作用下,涂层与高温合金对偶表面可发生摩擦化学反应,生成具有高温润滑作用的纳米金属氧化物和双金属氧化物(见图2),并形成了强韧性提高15%、具有宽温域防粘、抗磨作用的润滑膜层(见图3),具有极好的高温和宽温域(RT~800℃)润滑功能,显著提高了涂层高温防粘、抗烧蚀和抗微动磨损寿命(≥10000次)。该材料和技术已成功应用于煤化工大型热解回转炉内长期处于重载和800℃烟气中的高温合金销轴和连杆表面(图4)。

1 等离子喷涂复合结构涂层及其宽温域可逆摩擦学性能

2 摩擦化学反应生成润滑性的金属氧化物和双金属氧化物

3 高温润滑摩擦层的表面硬度和强韧性(弹性模量增加了15%

  图4 高温润滑防粘涂层应用现场照片

  该研究组部分基础研究结果相继发表在:Surface & Coatings Technology,2018, 349, 157–165; Tribology International,2017, 114, 48–56; 2020, 151, 106470; Ceramic International 2020, 46, 13527-135358

  以上工作得到了国家自然科学基金(5157550551471181)、中国科学院、兰州化物所和固体润滑国家重点实验室、以及四川省科技计划项目(2017JZ00242018JZ0029)的支持。

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