中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

针对工业领域中存在的高温润滑问题和气蚀磨损问题， 本论文选取镍基合金材料为研究对象，通过协调组元匹配和优化工艺参数，设计制备了镍基高温自润滑复合材料，考察了镍基高温自润滑复合材料的微观组织结构，研究了镍基高温自润滑复合材料在不同温度条件下的摩擦学性能，分析了温度对复合材料摩擦学性能的影响，讨论了在不同温度条件下的摩擦磨损机理和润滑机制；另外，还研究了镍基超合金的气蚀磨损行为，观察了在气蚀过程中气蚀磨损表面形貌和微结构演变，探讨了其主要的气蚀损伤机制。本论文得到了以下主要结论。

1. 用SPS烧结技术制备了Ni-Mo-PbO高温自润滑复合材料，分析Ni-Mo-PbO复合材料的微观组织结构，研究了Ni-Mo-PbO复合材料从室温-700 °C的摩擦学性能。在烧结过程中PbO和Mo之间发生了氧化还原反应，SPS烧结制备的Ni-Mo-PbO复合材料主要由Ni的固溶体、Pb和少量的钼的氧化物组成。温度对高温自润复合材料的摩擦磨损性能有显著的影响，Ni-Mo-PbO复合材料的摩擦系数随着温度的增加先减小后增加，磨损率随着温度的增加先减小后稍有增加，少量的PbO加入到镍基合金中显著的改善了镍基复合材料的高温摩擦磨损性能，尤其在约500 °C时，复合材料显现出非常低的摩擦系数(0.09)和磨损率(2.8×10^-6)。在高温500 °C条件下镍基自润滑复合材料摩擦学性能的改善归因于主要由PbO和少量的钼酸盐、Mo和Ni的氧化物组成的致密的润滑膜的形成。

2. 用SPS烧结技术制备了Ni-Mo-CaF₂高温自润滑复合材料，通过对所制备的复合材料微观组织结构的分析，发现CaF₂添加到复合材料中起到细化晶粒的作用。研究了复合材料从室温到大约800 °C的摩擦学性能，发 现温度对复合材料的摩擦磨损性能有显著的影响，Ni-Mo-CaF₂复合材料摩擦系数随着温度的增加而减小，然而，磨损率随着温度的增加先增大后减小，CaF₂的添加对镍基复合材料的高温摩擦学性能并没有显著改善，在400-600 °C，CaF₂的加入导致复合材料的磨损性能恶化，复合材料发生了严重磨损和塑性变形，在约800°C时，复合材料摩擦学性能的改善归因于主要由钼酸盐和少量的Mo和Ni的氧化物组成的致密光滑的釉质层的形成，而并非CaF₂。

3. 用中频热压烧结制备了含Ag和石墨的镍基高温自润滑复合材料。研究了复合材料在宽温域范围内的摩擦学性能，从室温-800 °C，含Ag和石墨的镍基高温自润滑复合材料显示出良好的摩擦学性能，平均摩擦系数为0.23-0.49，磨损率为8.95×10^-6-1.19×10^-4 mm³/N.m。Ni-based-Ag-graphite高温自润滑复合材料在宽温域范围内低的摩擦系数归因于石墨、Ag和在高温由于反应形成的钼酸银和钼的氧化物的协同效应。

4. 研究了镍基超合金的气蚀行为，考察了在气蚀过程中镍基超合金气蚀表面的形貌和微结构演变，并探讨了主要的气蚀机制。Hastelloy C-276镍基超合金呈现出良好的耐气蚀性能， 在镍基超合金气蚀表面局部局域气蚀诱导微结构沉淀相形成，并且在镍基超合金中选择性气蚀机制被发现。