固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

    宽温域固体润滑材料核技术在高技术领域有着重要的需求，相关的摩擦学理论发展不足。本论文设计制备了几种摩擦学性能优异的镍基固体润滑复合材料。较系统的研究了材料的组织结构和力学性能以及滑动速率、配副材料、试验温度、环境气氛、润滑剂组合以及合金元素等对复合材料摩擦学性能的影响规律。获得的主要研究结果如下：

    1.研究了滑动速率对NAF5复合材料（组成为：Ni15Cr12Mo3Ti1Al-12.5%Ag-5%BaF₂/CaF₂）摩擦学性能的影响。结果显示：随滑动速率的增加，复合材料摩擦系数有先降低后增大的趋势，滑动速率为0.6m/s时，其摩擦系数最小，这是因为磨损表面此时具有最佳的润滑层厚度；0.2~0.4m/s时，复合材料在400 ℃时磨损最严重；0.6~1.0m/s时，最大的磨损率出现在600 ℃；800 ℃时复合材料磨损率最低。这是复合材料磨损表面氧化和机械耦合相互作用的结果。

    2.不同对偶材料对NAF5复合材料摩擦学性能的影响较小。室温至800 ℃范围，NAF5复合材料与Al₂O₃陶瓷球配副时表现出较低的摩擦系数，为0.21~0.25；而与Inconel718配副时，摩擦系数较高，为0.30~0.32。磨损机理为：室温至600 ℃，主要为磨粒和粘着磨损；800 ℃高温时，氧化使磨损表面形成了光滑致密的氧化摩擦层，主要为抛光磨损。

    3.设计制备了Ni15Cr12Mo3Ti1Al-(Ag,MoS₂,CaF₂)复合材料，研究了Ag、MoS₂、CaF₂固体润滑剂之间的协同效应。结果显示：室温至200 ℃，Ag和MoS₂固体润滑剂在复合材料中具有最佳的协同作用；400~700 ℃，MoS₂和CaF₂在复合材料中协同作用最佳。这是因为低温时Ag和MoS₂可在磨损表面形成摩擦膜，起润滑作用；而在中高温时磨损表面形成了主要成分为CaF₂、Cr_xS_y、NiCr₂O₄和MoO₃的摩擦膜。

    4.利用热压烧结方法制备了Ni15Cr12Mo3Ti1Al-Ag-BaF₂/CaF₂-石墨复合材料，研究了石墨含量对复合材料摩擦学性能的影响。结果显示：少量石墨（0.5wt.%和1.0wt.%）的加入有助于降低复合材料的摩擦系数，但增加了复合材料的磨损率。而高含量石墨（2.0wt.%）对改善材料润滑性能作用不明显，可提高材料高温时的抗磨损性能。EDS及XRD分析显示生成的碳化物易氧化，使复合材料磨损表面更易形成高强度的氧化摩擦层，提高材料的抗磨损性能。

    5.研究了真空环境下NAF5和Ni15Cr12Mo3Ti1Al-Ag-BaF₂/CaF₂-石墨复合材料在室温至800 ℃范围内的摩擦学性能。结果显示：真空环境下复合材料摩擦系数明显低于其在大气环境下的实验结果。室温至600 ℃，真空时的磨损率是大气环境下的10%~30%，而800 ℃时磨损率变化相反。这是因为：室温至600 ℃，真空环境下，复合材料磨损表面形成了相对完整的主要成分为Ag的摩擦膜，而大气环境下，润滑膜的氧化导致其与基体材料结合性能下降，部分发生剥落，因此其摩擦系数和磨损率较高。800 ℃时，真空环境下复合材料力学性能的急剧下降，复合材料抗磨损性能降低；而大气环境下，氧化釉质层的形成提高了材料的润滑和抗磨损性能。

    6.研究了Mo含量对NiCrMoTiAl-Ag-BaF₂/CaF₂复合材料力学和真空环境下摩擦学性能的影响。结果显示：Mo含量对复合材料力学性能影响显著，随Mo含量的增加，复合材料的韧性逐渐降低，硬度逐渐增大。这是因为Mo元素可细化晶粒，提高材料强度，另外，Mo元素还会溶解部分粘结相，降低材料塑性。Mo含量对摩擦系数影响较小，随温度升高其变化趋势与NAF5复合材料类似，均在600 ℃时具有最低的摩擦系数。随Mo含量的增加，复合材料的脆性增加，磨损机理由粘着和疲劳磨损转变为磨粒磨损。