自潤滑鎢基複合材料的製備與摩擦學性能

《自潤滑鎢基複合材料的製備與摩擦學性能》是依託清華大學，由吳彬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：自潤滑鎢基複合材料的製備與摩擦學性能
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：吳彬
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

開發在核輻射、乾摩擦條件下服役的摩擦副材料，已成為促進高溫氣冷堆一迴路機械設備實現全壽期免更換的關鍵技術問題，而傳統材料存在明顯不足，壽命有限。初步研究發現高密度鎢合金耐磨性好、能夠在常溫低速工況下長期工作，但目前仍然存在摩擦係數較大的缺點，導致服役溫度和轉速不高，使用壽命仍然較短。本項目擬製備自潤滑鎢基複合材料，引入固體潤滑劑，提高減摩耐磨性能，通過低燒結溫度的鎢基合金成分設計、潤滑劑表面改性和抑制潤滑劑燒損的燒結方法，實現自潤滑鎢基複合材料的製備，並探明潤滑劑對合金組織結構及基體強度的影響。研究自潤滑鎢基複合材料在不同溫度、轉速和氣氛條件下的摩擦學性能和磨損壽命，揭示其減摩潤滑機理和失效機制，為自潤滑鎢基複合材料在核能、航天等領域的推廣套用提供實踐基礎與理論支持。

結題摘要

在核電領域和航天領域中，一些重要設備需要在核輻射、無油潤滑等極端環境條件下承受摩擦磨損，對所用的材料提出了苛刻要求。以核電領域的高溫氣冷堆為例，高溫氣冷堆是具有第四代核能系統安全特徵的先進核電堆型，我國自主研發的這項技術在全球長期保持著領先優勢。在高溫氣冷堆一迴路中，一些重要機械設備的軸承、絲槓等轉動部件的材料需要在高溫、核輻射、氦氣氣氛、無油潤滑條件下長期工作。為了儘量提高高溫氣冷堆中摩擦副的壽命，實現一迴路機械設備的全壽期免更換，需要找到新型的耐磨材料進行代替。這對該堆型的改進和完善具有重大的戰略意義。 本項目成功開發了含潤滑劑的WC-Ni和WC-Co基複合材料。在WC基合金的基體材料中，加入了固體潤滑材料，通過研究證實了電流活化燒結法製備該自潤滑複合材料的可行性，通過改進燒結模具，提高燒結壓力，建立了針對該複合材料的電流活化燒結方法，該方法對固體潤滑劑燒蝕破壞小、同時能夠保證基體強度。 研究了燒結溫度，壓力對複合材料的緻密化效果。通過性能實驗證明，固體潤滑劑WS2的自潤滑材料具有更低的摩擦係數。 通過摩擦學實驗研究及分析，闡明了該材料組織結構與其摩擦學性能的關係，並通過掃描電子顯微鏡、能譜、拉曼光譜等表征手段，確定了複合材料表面硫元素的含量和存在形式，揭示了固體潤滑劑在不同溫度、轉速和氣氛條件下的減摩潤滑機理和失效機制。 本項目的工作為含固體潤滑劑的WC基自潤滑材料在核能、航天等領域的核輻射、乾摩擦條件下的套用提供了實踐基礎與理論支持。