高温还原气氛下固体润滑材料的设计、制备及摩擦学行为研究

针对核能技术中高温钠冷反应堆的传动机构在高温钠蒸汽气氛下的润滑与磨损关键问题，开展高温还原气氛下固体润滑材料的设计、制备、性能和磨损机理研究，通过组分设计和结构控制，探索制备在高温还原气氛下具有良好摩擦磨损性能的高温金属基自润滑复合材料。深入研究高温还原气氛下材料的化学组成，组织结构与摩擦学性能之间的相互关系，探讨高温还原气氛下摩擦诱导的材料表面组成、结构以及摩擦化学效应对摩擦层和转移膜形成的影响机制，揭示材料在高温还原气氛下的摩擦磨损机理，提出高温还原气氛下具有优异摩擦磨损性能的固体润滑材料的设计构筑依据和组配原则并形成关键制备技术。解决我国核能等高技术领域中高温还原气氛工况下材料的润滑和磨损问题，为研发高温还原气氛下新型高温自润滑材料提供必要的理论依据和技术支持，同时对于推动典型特殊环境下高温自润滑复合材料研究、丰富摩擦学理论具有重要的学术价值。

根据大气环境下高温固体润滑材料的组配构筑原则，选择能够在还原气氛条件下具有良好稳定性的镍基高温合金为基体，添加陶瓷颗粒（如氧化铝、碳化物等）作为增强相，以及适用于还原气氛下的Ag、氟化物（BaF2/CaF2）等润滑相复配来改善复合材料的润滑性能。采用高能球磨和粉末热压烧结工艺制备出复合材料。利用XRD、EDS、XPS、Micro-Raman 等多种检测技术分析表征不同温度下磨损表面组分，通过与大气气氛中高温润滑材料的摩擦学行为比较，探索高温非氧（惰性、还原）气氛环境条件对复合材料磨损表面的相组成、结构、相变，以及摩擦化学效应对摩擦层和转移膜形成的影响机制，并探讨基体相、润滑相和增强相之间的相互关系，提出非氧化环境下高温润滑材料的组配构筑原则。本研究所得的对高温非氧化环境材料的摩擦磨损行为和磨损机制，对于拓展典型特殊环境条件下高温润滑复合材料的应用研究，丰富摩擦学理论具有重要的实际价值和理论意义。为解决我国核能相关国家安全高技术领域中润滑材料的环境适应性问题提供科学依据和技术基础。针对项目建议书中高温还原气氛下的摩擦磨损试验的特殊性和危险性，将本项目中的高温还原气氛中的摩擦磨损性能测试，调整为高温非氧化气氛（惰性气氛）下的摩擦学测试，通过与有氧气氛中材料的摩擦学性能比较，为高温还原气氛中的润滑材料提供设计依据和技术借鉴。