纳米结构TiO2/MexOy增强NiAl基高温润滑复合涂层的强韧-润滑一体化研究

In order to meet the requirements of high temperature lubricating materials which is applied in aerospace and nuclear power industries, considering the grain refinement theory as well, the nano-structure NiAl-TiO2/MexOy composite coating will be fabricated based on the optimization of the reinforced phase structure which is composed of bimetallic oxides. The composition design of bimetallic oxides and strengthening theory are investigated. The interaction between interface and chemical reaction product during friction is discussed，which has an important influence on the mechanical and tribological properties at high temperature. Thermodynamics and kinetics are introduced to study the self-adaption of bimetallic oxides. The correlation between composition design, microstructure and tribological properties are further investigated. The high temperature lubricating coating, which has a combination of high strength and superior lubricating properties will be fabricated to meet in the field of aerospace and nuclear power industries.

为满足航空航天、核工业等高新技术产业高温运动部件对高温润滑材料的需求，结合材料的细晶强化理论和摩擦学领域的发展情况，以NiAl金属间化合物为基体，通过优化双金属氧化物增强相的结构，制备纳米结构NiAl-TiO2/MexOy复合涂层。重点探讨双金属氧化物增强相构筑依据及增强机理，探索双金属氧化物与基体之间的界面及其与摩擦化学反应产物之间的交互作用对复合涂层高温力学及摩擦学性能的影响机理，并分析复合涂层的强化与润滑机理。阐明双金属氧化物增强相“自适应”调整的热力学、动力学及其本征润滑特性，进一步从微观层面揭示高温润滑复合涂层的组分设计、微观结构与性能的演变规律及润滑减摩机理。制备出高温下强韧-润滑一体化高性能高温润滑复合涂层，满足我国高速发展的航空航天、核工业等领域高温运动部件对高温润滑材料的迫切需求。

随着航空航天、核工业等特殊高新技术领域的快速发展，其机械运动部件需要在更高温度条件下运行，材料的高温润滑和高温氧化问题就显得越来越突出。因此，迫切需要寻求高温润滑性能和高温抗氧化性能优异的高温润滑材料来满足工业的发展需求。本项目制备了BaO/TiO2和Bi2O3/TiO2两种体系的双金属氧化物增强镍基高温润滑复合材料，研究了双金属氧化物的含量对复合材料组织结构、力学性能、高温抗氧化性能和摩擦学性能的影响，并分析了复合材料的强化及润滑机理。研究结果表明：双金属氧化物的添加可以有效提高复合材料的显微硬度、抗压强度和高温摩擦学性能，如加入20 wt.% 双金属氧化物BaO/TiO2后，复合材料的抗压强度由1200 MPa升高到1650 MPa，显微硬度由240.6HV升高到474.5 HV，摩擦系数由0.77降至0.39，磨损率由7.3×10-5 mm3•N-1•m-1降至4.0×10-5 mm3•N-1•m-1。加入双金属氧化物后，复合材料在800 oC、900 oC和1000 oC高温条件下的抗氧化性能均非常优异。该项目的研究为我国航空航天、核工业等高新技术产业所需的高温润滑材料的设计及制备提供了理论依据及技术支撑，对高温润滑材料的发展具有积极的推动作用。