高温/真空复杂环境下固体润滑材料的摩擦学行为与机理研究

High temperature along with vacuum complex condition is typical service environment for mechanical motion systems in aerospace. In which case, the related tribology research is very significant. However, at present the study in this area is almost blank in China. In this proposal, we will systematically study (1) the lubricating behavior of solid lubricants under high temperature along with vacuum complex environment; (2) the design and preparation of the self-lubricating composites with favorable lubricity in wide temperature and vacuum range, and the microstructure and mechanical properties of the composites; (3) the tribological behavior laws of the composites under high temperature along with vacuum complex environment, and effect of temperature and vacuum on the tribological performance; (4) the microstructure, physics and chemistry characteristics of the friction surfaces, the synergistic effect of the solid lubricant, and the sintered matching between solid lubricants and matrix materials, then to reveal the lubrication and wear mechanisms. We expect the following significant beneficial outcomes from this proposal: (1) deeper understanding of the friction and wear phenomena and behavior laws under high temperature along with vacuum; (2) proposing the design principles and processing control methods, and forming the related material systems and techniques with intellectual property rights; (3) enriching and developing the theory of high-temperature tribology, and providing corresponding theoretical guidance and technical support for solving practical application problems on lubrication and wear resistance in related field.

高温真空复杂环境是航空航天机械运动系统的典型服役环境，其摩擦学研究具有重要的理论意义和应用价值。我国在该领域的研究几乎处于空白。本项目将系统研究固体润滑剂在高温真空下的润滑行为规律；设计制备宽温域宽真空度下具有良好润滑性能的自润滑复合材料，研究材料的微观结构和力学性能；系统研究复合材料在高温真空下的摩擦学行为规律，研究温度和真空度的影响；研究摩擦表面的微观结构和物理、化学特性，研究固体润滑剂的协同效应以及固体润滑剂与基体材料的匹配性，从而揭示润滑机理与磨损机制。本项目的成功实施，将深入认识高温真空复杂环境下的摩擦磨损现象及规律，提出相关的材料设计与制备理论，形成具有自主知识产权的材料体系和技术，丰富和发展高温摩擦学理论，为解决我国相关领域的润滑抗磨问题提供理论指导和技术支撑。

高温固体润滑材料是解决航空航天等高温运动系统在高温真空复杂环境下的摩擦磨损问题的重要途径。本项目以高性能高温固体润滑材料的设计制备及高温真空复杂环境下的摩擦学性能研究为目标，主要开展了镍基、铝基、陶瓷基高温固体润滑材料在高温真空/大气下的摩擦学行为研究，提出了适合不同环境条件的高温固体润滑材料的成分设计原则和制备工艺控制方法，揭示了高温磨损机制和润滑机理。本项目共发表论文46篇，SCI收录44篇，中文EI论文2篇；申报中国发明专利7件，授权专利1件；参加学术会议6次，其中大会邀请报告2次，分会邀请报告4次。.本项目系统研究了高温真空复杂环境下材料的摩擦学行为特点和规律，阐明了高温真空下的摩擦物理和摩擦化学及其作用以及固体润滑剂的协同效应，揭示了高温真空/大气下的润滑与磨损机理，主要取得了如下具体研究结果。（1）固体润滑剂的复配和协同效应研究发现：Ag和CaF2/BaF2复配时镍基固体润滑复合材料具有最佳的力学性能和摩擦学性能。（2）测试温度对复合材料摩擦学性能的影响研究发现：温度对复合材料的力学性能和表面氧化摩擦膜的形成起决定作用，进而影响材料的摩擦性能。（3）真空大气环境对复合材料摩擦学性能的影响研究发现：中低温条件下真空可有效抑制氧化磨损，从而表现出低于大气条件下的磨损；在高温条件下，大气环境有利于保护性釉质层的形成，可以显著提升材料的摩擦学性能。（4）增强相和润滑相的协同作用研究发现：协同效应可以明显改善固体润滑复合材料的抗磨减摩性能。（5）通过优化工艺和调节组分制备了在室温至高温宽温域范围内兼具优异抗磨减摩性能和力学性能的镍基、铝基、陶瓷基高温固体润滑材料。.本项目所取得的结果为解决高温真空复杂环境下润滑和耐磨问题的固体润滑复合材料体系和技术奠定了理论基础，为我国航空航天领域发展所涉及到的润滑控制和耐磨延寿提供了技术支撑。