磨损金属

7月30日，科技日报记者从中国科学院兰州化学物理研究所了解到，该所固体润滑国家重点实验室高温摩擦学课题组在新型润滑耐磨损高熵/中熵合金设计制备和性能调控等方面进行了系统研究，取得了系列进展。给出一种构筑多级纳米异质结构和成分波动特征来实现合金低磨损的新方法，相关研究成果近日发表于综合性学术期刊《研究》。新型高熵/中熵合金具有诸多新奇特性，为设计制备高性能金属基润滑耐磨损材料提供了新启发，是目前材料学和摩擦学研究的热点和前沿。在解决高温润滑与磨损方面具有重要应用价值传统合金往往是由一种或两种主要金属元素构成，其他合金化元素的比例相对很低。高熵/中熵合金是近年来发展起来的有别于传统合金的新型合金。高熵合金和中熵合金是由多种主要金属元素构成的合金，二者只是在主要金属元素的种类和数量上有差异。一般而言，高熵合金包含5个或5个以上等原子比的金属元素，而中熵合金则包含3个金属元素。高熵/中熵合金展现出许多优异的力学和物理性能。“高熵/中熵合金有几个明显的特点，主要包括组织结构表现出复杂异质性、成分表现出多组元特征，具有‘质剂不分’的浓缩固溶体结构、晶体结构表现出连续畸变性。”中国科学院兰州化学物理研究所研究员程军介绍，基于其独特的异质结构、成分波动、多级纳米析出相等微观组织结构和多组元特征，高熵/中熵合金展现出卓越的强度—塑性组合、高温结构稳定性、摩擦界面自保护、高温抗氧化等新奇特性。与传统合金相比，高熵/中熵合金具有非常广阔的成分调控空间，通过对高熵/中熵合金中的元素进行替换或增减，能获得一些具有特殊性能的微观组织结构和异质相，为设计制备高性能金属基润滑耐磨损材料提供了新思路。程军告诉记者，针对高熵/中熵合金体系开展润滑耐磨损成分设计，采用熔炼、粉末冶金或喷涂等工艺即可制备出具有润滑与耐磨损性能的高熵/中熵合金材料。“这类新型材料在解决航空航天、轨道交通、核能等领域高端装备运动与传动部件的高温润滑与磨损难题方面具有重要的应用价值和应用前景。”程军介绍。强度、塑性、热稳定性和耐磨性优于传统合金中低温下，金属材料摩擦表界面会发生严重的弹塑性变形、局部断裂和磨粒磨损，而高温下则会发生材料黏着、软化变形和氧化磨损，这些因素导致金属材料在宽温度范围内表现出严重的摩擦磨损。针对上述问题，晶粒细化和复合润滑相/抗磨相是目前提高金属材料耐磨损性能的主要手段。“但是，这两类方法通常会引发新的问题，如当晶粒细化至纳米尺度时，可能会在摩擦过程中引发严重的纳米晶不均匀塑性变形，增加磨损；复合润滑相/抗磨相和基体相之间的错配界面可能会使摩擦界面在磨损过程中发生脆性断裂。”程军说。研究表明，如果在摩擦副界面之间引入一个能够逐级释放摩擦应力的界面层，可极大减小摩擦过程中不均匀塑性变形和界面错配导致的磨损问题。然而，这种特殊的界面层难以通过常规的制备或加工手段获得。基于这个问题，研究人员考虑是否可通过调控合金的成分和结构设计制备一种新型金属材料，使其能在中低温摩擦过程中原位形成逐级释放应力的梯度界面耐磨层，高温摩擦过程中形成耐磨损釉质层，从而在宽温度范围内保持稳定的低磨损性能。高熵/中熵合金独特的浓缩固溶体结构使其表现出优于传统合金的强度、塑性、热稳定性和耐磨性等性能。因此，研究人员以镍元素为溶剂，引入等摩尔比的铝、铌、钛和钒4种元素作为合金化元素，通过将合金化浓度从25 at.%（原子百分数）提高至50 at.%，制备了一种具有纳米分级结构和成分波动特征的新型镍铝铌钛钒中熵合金。为了使溶质元素之间形成高混合熵的过饱和固溶体结构，元素粉末需经历32小时的机械合金化过程，形成面心立方结构和体心立方结构的混合固溶体粉末。研究人员通过放电等离子烧结使粉末在1050℃发生异质相分离，并在冷却后固结成型，最终形成高体积分数的纳米耦合晶粒相和分级纳米沉淀相，其呈现纳米分级结构和成分波动特征。纳米分级结构异质相的形成将使合金可在磨损诱导的变形过程中沿深度方向原位形成梯度界面层，选用高浓度的易氧化的铝和铌会促进合金在高温摩擦过程中快速形成保护性氧化釉质层。此外，高浓度的钛可显著提升合金体系的晶格畸变效应，从而提高摩擦界面层的屈服强度。“与传统合金相比，该合金的结构由分级纳米耦合晶粒组成，表现出纳米尺度的成分波动特征，这种独特的异质性结构使合金在室温至800℃宽温度范围内的磨损过程中自发激活自适应摩擦界面保护行为，形成耐磨损纳米梯度摩擦层或釉质层。该材料作为高温抗磨材料具有重要的应用价值。”程军说。他认为该合金成分可调、可采用热压、喷涂等多种工艺固化成型，有望实现产业化应用。

推动各实验室提高样品制备通量新奥尔良 – 应用型测量和分析解决方案领域的全球技术领先者珀金埃尔默生命与分析科学部，今日在 PITTCON 2008 展会的 2555 号展台推出了专用于在磨损金属分析中自动制备润滑油样品的新型工作站。实验室能够采用这种高通量的 8 通道JANUS 油制备工作站自动化系统替代手动或单通道样品制备方法，加快贵重设备（包括重型机械，采矿机械和农业机械）磨损测试的速度。 “当前市场要求通过更高效的方式制备供磨损金属分析使用的已用油，JANUS 油制备工作站就是为了应对这一需求而开发，”珀金埃尔默生命与分析科学部生物发现业务总裁 Richard Eglen 博士说道。“通过与关键客户的密切协作，珀金埃尔默已经开发出可确保更高通量以及更可靠结果的解决方案，为客户节省时间和成本。”JANUS 油制备工作台可在金属磨损分析的样品制备期间，通过电感耦合等离子体 (ICP)（如珀金埃尔默的 Optima™ ICP-OES）用煤油自动稀释油样品。与手动或单通道系统相比，该系统利用独有的液位感应技术和 8 通道移液技术显著地提高了生产率和效率。JANUS 使用一次性吸头，因此省去了固定吸头系统所需的费时的吸头清洗步骤，提高了通量且显著减少了废溶剂量。另外，使用一次性吸头可最大程度减少交叉污染，从而减少可能需要大量时间和费用进行重新检测的假阳性结果。 “珀金埃尔默一直与客户协作开发能够满足他们不断变化的需求的应用解决方案，在这条道路上，JANUS 油制备工作站成为最新的范例，”Eglen 补充道。JANUS 油制备工作站将于四月进入全球市场。有关详细信息，请访问 http://www.perkinelmer.com/labautomation

珀金埃尔默日前宣布推出全新LPC 500™ 液体颗粒计数器（LPC 500）平台。该平台将与珀金埃尔默现有的Avio 500 ICP-OES油品系统结合，史无前例地实现对运行中油品和润滑油的颗粒计数和粒度以及磨损金属元素分析。No.1提高工作效率正在申请专利的LPC 500平台采用单颗粒光学传感（SPOS）技术，结合Avio 500系统，使润滑油检测实验室能够在一次高度精确的运行中同时完成两个原本独立的分析，而且一分钟之内即可得到结果。这种新型改进方法将大大提高实验室工作效率，帮助他们为工业、清洁能源和石化领域的客户更快地获得重要结果。No.2降低工作成本将LPC 500 - Avio 500 ICP-OES油品解决方案与珀金埃尔默领先的工业检测产品组相结合，将可以大大简化实验室整体工作流程——既省时又省钱。通过组合和优化两种分析技术的强大功能，新解决方案的单批次处理量可增至数百个样品之多。联用方案仅需对样品进行一次预处理、样品消耗量更少，不仅可以节省样品采集和预处理时间，还可以降低样品运输、储存和废液处理成本。No.3简化工作流程此外，LPC 500-Avio 500 ICP-OES油品解决方案利用珀金埃尔默的Syngistix™ for ICP软件简化并加速工作流程和报告，可生成直观、汇总的结果供查看、分享、预定义分析方法以及向LIMS无缝导出结果。这一解决方案的经济效益还体现在它小巧的设计，节约了实验室空间，LPC 500是目前业内占用实验室工作台面积最小的颗粒计数仪器。珀金埃尔默应用市场全球副总裁兼总经理金南勳表示：“在用油品的颗粒和磨损金属元素分析对于重型设备和机械的性能优化至关重要。我们的LPC 500-Avio 500 ICP-OES油品系列提供了一种成熟且易于使用的解决方案。这种业界首创的方法可以节省实验室时间、金钱和工作台空间，同时客户可以获得更快、更准确的响应，帮助优化性能并满足ASTM D5185和ISO 4406等关键标准。”除此以外，我们还为您提供灵活、全面的油品分析方案，助您轻松完成磨损金属分析和油品状态监控：通过Avio 系列ICP-OES，可以准确定量润滑油中多种金属元素含量，不仅能降低定期拆卸部件进行外观检查的成本，而且能在部件失效前发现异常磨损，并了解润滑油中添加剂的损耗情况。通过红外光谱仪检测润滑油中可能存在的多种添加剂、降解产物和潜在污染物，确保润滑油在最佳周期进行更换，既可以降低成本，又可以及早发现问题，及时采取预防措施以降低严重机械损毁风险。通过顶空气相色谱仪检测使用过的发动机润滑油中的乙烯乙二醇，预测发动机磨损问题。通过OilPrep™ 和OilExpress™ 可以实现无人值守的高通量样品制备，适应不同样品容器、避免污染，降低人力成本。 扫描上方二维码，即可获取珀金埃尔默润滑油解决方案关于珀金埃尔默：珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有12500名专业技术人员，服务于150多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018年，珀金埃尔默年营收达到约28亿美元，为标准普尔500指数中的一员，纽交所上市代号1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问www.perkinelmer.com.cn。