固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

航空、航天、核工程和能源动力等高新技术产业的高速发展对极端苛刻工况下服役的运动部件的润滑材料的性能要求不断提高，尤其以先进发动机为代表的高温机械，对高温及宽温域(室温～1000 ℃)内具有高强度、稳定可靠、优良摩擦学性能的材料有着迫切的需求。由此本文开展了镍基高温自润滑复合材料的设计、性能及摩擦机理研究。以Ni20Cr合金或NiMoAl为基体，采用粉末冶金热压烧结工艺制备了多种镍基复合材料，考察了润滑相(MoO₃、Ag、石墨)和增强相(Al₂O₃、TiC)等复配对镍基复合材料的微观结构、机械性能和宽温域下的摩擦学性能的影响，研究基体相、增强相和润滑相之间相互作用机制，探索材料的组成和结构对不同温度下的摩擦磨损性能的影响及摩擦化学反应的变化规律，进一步揭示镍基高温自润滑复合材料的高温润滑和磨损机理。主要研究结果如下：

1. 在 NiCr 基体中复配添加 Ag-Mo，Ag-MoO₃，制备了NiCr-Mo/MoO₃-Ag复合材料，考察了其机械性能及高温摩擦学性能。研究表明：Ag-Mo，Ag-MoO₃复配均可在高温摩擦过程中生成具有润滑性能的钼酸银相，从而改善复合材料的摩擦学性能；Ag与MoO₃复配容易生成钼酸银润滑相。高温下复合材料良好的摩擦学性能归因于摩擦表面形成的主要由钼酸银以及NiO、NiCr₂O₄、Cr₂O₃和Ag等组成的釉质层中各物相的协同润滑，而高温摩擦学性能与摩擦表面釉质层的硬模比(H/E)相关。

2. 考察了双氧化物的添加对NiCr-Al₂O₃-TiO₂复合材料力学性能和室温～700 ℃的摩擦学性能的影响。结果表明：复合材料的密度和硬度都随TiO₂和Al₂O₃的添加量的增加而降低。TiO₂和Al₂O₃的添加量均为10 wt%镍基复合材料摩擦学性能最优，最低磨损率可达 1.71×10^-5 mm³ N^-1 m^-1。高温下，TiO₂与Al₂O₃及基体相Ni可发生摩擦化学反应生成的 Al₂TiO₅和NiTiO₃，形成的摩擦反应膜对复合材料的减摩耐磨性能起着重要的作用。

3. 利用固相原位反应制备NiMoAl-Al₂O₃-TiC复合材料，考察了复合材料的力学性能及室温～1000 ℃的摩擦学性能。研究表明：原位反应生成 Al₂O₃和TiC相的复合材料力学性能及高温摩擦学性能均优于直接添加Al₂O₃和TiC 相的复合材料，最小摩擦系数可低至 0.19，磨损率达到10^-6 mm³ N^-1 m^-1；原位反应生成的陶瓷相减少了其在基体中的偏聚，改善了相界面结合，从而提高机械性能。1000 ℃时，摩擦化学反应生成的由NiAl₂O₄、Al₂TiO₅、MoO₃、TiO₂和NiO组成的摩擦膜明显改善了复合材料的高温摩擦学性能。

4. 考察了石墨的含量对NiCr-Ti-W-石墨镍基复合材料的机械性能及高温摩擦学性能的影响。研究表明：石墨可与合金元素 Ti/W 发生固相反应原位生成起起强化作用的陶瓷相TiC和WC，从而改善好了复合材料的机械性能和耐磨性能，而添加 3 wt.% 石墨的复合材料具有最高硬度和最佳宽温域摩擦学性能。