海水环境下金属间化合物基自润滑复合材料的设计、制备及机理研究

Ocean tribology is of great significance for the development of marine economy and the protection of the marine rights and interests. In the field of marine equipment, there is an urgent need for the self-lubricating materials with excellent corrosion resistance and wear resistance at a wide bearing range. In this proposal, we will systematically study (1) the preparation of intermetallic matrix self-lubricating composite in seawater environments using the powder metallurgy technique; (2) the synergistic action of solid lubrications on mechanical, corrosive and tribological properties in the composites; (3) the effect of processing conditions on microstructures and properties of the composites; (4) the self-lubricating mechanism and tribo-corrosion mechanism; (5) the design principles of intermetallic matrix self-lubricating composite in seawater environments. This proposal is expected to provide technical support for marine equipment and establish the theoretical foundation for marine tribology.

海洋摩擦学及相关材料的研究对于我国发展海洋经济和保护海洋权益具有重要意义。海洋装备对强耐蚀、高抗磨、宽承载的自润滑材料具有迫切需求。本项目拟选用金属间化合物基材料作为基体相，通过协调组元匹配，调节组元成分，优化工艺参数，复合润滑方式，采用粉末冶金方法制备在海水环境中具有稳定可靠的耐腐蚀抗磨损性能的自润滑复合材料，揭示其润滑机理和腐蚀磨损机制，提出海水环境下金属间化合物基自润滑复合材料的设计原则。本项目的成功实施将为海洋装备提供技术支撑，为海洋摩擦学奠定理论基础。

海洋摩擦学是一个正在建立与发展中的新的摩擦学研究领域。海水环境中的润滑材料和技术是海洋工程装备的关键功能材料和重要保障技术。本项目系统研究了金属间化合物基固体润滑材料的固液润滑机理与腐蚀磨损机制的科学问题以及海水环境中金属间化合物基自润滑复合材料的组分结构设计与性能调控的关键技术，设计制备了在海水环境中高性能的金属间化合物基自润滑材料。本项目共发表SCI论文20篇；参加学术会议报告5次，其中邀请报告2次；申请中国发明专利4件，其中授权中国发明专利2件。.本项目系统开展了Ni3Al、NiAl、Ni3Si、NiTi等金属间化合物自润滑复合材料在海水环境中的摩擦学行为规律研究，阐明了固液润滑、摩擦化学、摩擦配副、载荷速度、摩擦转移、腐蚀磨损等摩擦学现象与摩擦学行为的关系规律，提出了海水环境中金属间化合物基自润滑复合材料的成分设计原则和制备工艺控制方法。取得的主要研究结果如下：Ni3Si与NiTi金属间化合物基自润滑复合材料的研究表明固体润滑对改善其摩擦学性能作用显著，摩擦配副间的力学性能匹配关系对摩擦磨损性能起到重要作用；NiAl基自润滑材料的研究发现合金组分结构设计和动态机械摩擦与腐蚀磨损的关系；Ni3Al基自润滑材料的研究发现摩擦副在不同摩擦条件下表现出固体润滑与液体润滑的摩擦响应性，在海水环境中Ni3Al基自润滑材料的固液复合润滑机理，不同摩擦配副时摩擦化学与腐蚀磨损的摩擦学行为规律；通过组分结构调控与制备工艺优化，采用粉末冶金方法制备了海水环境中高强度耐腐蚀低摩擦低磨损Ni3Al金属间化合物基自润滑材料。.本项目所取得的结果为海洋摩擦学理论的丰富提供了理论基础，为海洋工程装备的安全服役提供了技术支撑。