高端装备关键材料摩擦与磨损专栏

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高端装备关键材料摩擦与磨损专栏

海洋环境下高熵合金的腐蚀与磨损行为研究进展

罗一鸣, 于源, 任鹏伟, 詹胜鹏, 陈禹, 袁战伟, 汤华国, 乔竹辉

材料保护. 2026, 59(4): 1-13. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2026.0050

摘要 (205) PDF全文 (111)

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海洋装备关键构件长期处于富Cl－、溶解氧梯度、温度波动及冲刷/磨蚀并存的环境中，其失效主要由腐蚀与磨损耦合引发的腐蚀-磨损协同退化效应主导。高熵合金凭借多主元固溶体的相稳定性与富Cr、Ti、Mo、W等钝化元素的协同作用，在海水耐腐蚀与抗磨损方面展现出潜力。综述了海洋环境下高熵合金腐蚀与磨损行为研究进展，概述了摩擦-电化学一体化测试与原位表征方法，总结了环境因素(Cl－、溶解氧、温度、硫化物等)对钝化膜稳定性与损伤演化的影响，归纳了相结构、组织均匀性与关键元素成分规律，并讨论了“腐蚀促进磨损”和“磨损加速腐蚀”的双向耦合机制，结合ASTM G119等标准中的测试方法实现协同项定量评价。最后提出多因素耦合工况模拟、膜层动态重构原位解析与组织-膜层协同设计将是后续的重点研究方向。

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类金刚石碳薄膜在橡胶表面的摩擦学研究进展

李伟业, 陈丽, 张斌

材料保护. 2026, 59(4): 14-30. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2026.0051

摘要 (115) PDF全文 (63)

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橡胶凭借其出色的回弹性、气密性以及耐溶剂性等优势，成为了航空航天、石油化工和汽车工业等众多领域中不可或缺的密封材料。但遗憾的是，在实际使用过程中，橡胶表面的摩擦磨损问题导致其服役寿命受限、摩擦系数极高(≈1)，从而对设备的安全运行和使用寿命构成了严重威胁。类金刚石碳薄膜因其优异的润滑耐磨性能，被认为是一种极具潜力的橡胶表面耐磨改性涂层。综述了20年来橡胶表面类金刚石碳薄膜的研究进展，重点分析了类金刚石碳薄膜在橡胶表面摩擦学改性中的研究。首先，介绍了橡胶表面类金刚石碳薄膜的沉积技术以及结构特征，然后分析了通过等离子体预处理与过渡层设计来提升界面结合强度的研究进展，并总结了界面结合强度的表征与评价方法，接着系统综述了橡胶表面类金刚石碳薄膜的摩擦学性能，通过大量实验数据说明了类金刚石碳薄膜对橡胶表面摩擦系数和耐磨性具有明显的优化效果。最后，总结了当前研究的挑战并对未来发展前景进行了展望。

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F53双相不锈钢离子渗氮的组织演化与强化机制研究

黄纯可, 贾丹, 章武林, 汪威, 董雪, 段海涛

材料保护. 2026, 59(4): 31-43. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2026.0052

摘要 (135) PDF全文 (51)

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系统探讨了F53双相不锈钢在不同温度(475、500、525、550、575 ℃)下进行离子渗氮处理后的组织演化行为与结构强化机制。通过XRD、SEM、EDS及显微硬度测试手段，揭示了渗氮温度对氮化物相组成、元素扩散特征、裂纹形成路径及表面性能的影响规律。结果表明:随着温度升高，渗氮层由以CrN为主的强化相逐渐演变为CrN与γ′-Fe4N共存的复合相结构，表面硬度较渗氮前显著提升。500~525 ℃为最优渗氮温度窗口，可获得连续致密的复合相强化层，表面硬度超过1 450 HV0.1，渗层厚度约80 μm，兼具强化效果与组织稳定性。当温度进一步升高至550 ℃及以上时，强化相粗化、团聚，渗层组织均匀性下降，裂纹和结构缺陷增多。研究结果为F53双相不锈钢在严苛服役环境中的表面强化工艺优化提供了理论依据和实验支撑。

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航空发动机管路用金属橡胶TiN、TiAlN、TiCrN涂层的耐磨性能对比

黄子豪, 李跃丹, 吴纪衡, 刘荣阳, 任志英

材料保护. 2026, 59(4): 44-58. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2026.0053

摘要 (87) PDF全文 (57)

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在航空发动机中，液压管路系统承担着关键功能，其振动可靠性直接关系到整机的安全运行。金属橡胶卡箍因具备优异的减振性能而被广泛应用于该系统中，但在服役过程中易发生微动磨损与疲劳损伤，进而对管道表面造成不利影响。为提升金属橡胶的耐磨性能并降低其对管道的磨损作用，采用表面涂层改性方法，对3种氮化物涂层(TiN、TiAlN、TiCrN)在不同加载载荷(2~4 N)、加载速率(10~20 mm/ s)及加载时间(2~6 min)条件下的摩擦磨损性能进行了系统对比研究。结果表明:TiAlN涂层在磨损过程中可形成致密且稳定的氧化膜，显著提高了金属橡胶的耐磨性能。在4 N载荷条件下，TiAlN、TiCrN、无涂层、TiN涂层金属橡胶的平均磨损宽度分别为67.8、74.6、102.8、176.6 μm，其中TiAlN涂层相较无涂层样品的磨损宽度降低约34％，表现出最优的耐磨改性效果。进一步通过管道振动疲劳试验验证了TiAlN涂层金属橡胶在1、3、5 g激励条件下对管道具备良好的间接减摩与保护效果。本工作为航空发动机极端服役环境下金属橡胶材料的耐磨设计及其服役可靠性提升提供了理论依据与技术支持。

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水润滑条件下聚甲醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺的摩擦学性能研究

侯志皓, 郭智威, 吴祖旻, 袁成清

材料保护. 2026, 59(4): 59-68. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2026.0054

摘要 (134) PDF全文 (52)

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为探究热塑性聚合物材料在水润滑轴承中的摩擦学性能，选取聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚醚酰亚胺(PEI)3种材料，在模拟卧式水轮机导轴承实际工况条件下开展整轴承台架试验。通过自主研发的高性能水润滑轴承综合试验台，在4 050 N载荷(比压为0.5 MPa)、255 r/ min转速(线速度为1.2 m/ s)条件下进行8 h正式试验，对热塑性聚合物材料水润滑轴承的摩擦学行为进行观测，系统监测摩擦系数、磨损量、表面形貌及摩擦界面温度变化，并揭示不同材料在水润滑条件下的磨损机制差异。结果表明:POM和PET表现出较优的摩擦学性能，其稳定后摩擦系数分别为0.110和0.109，质量损失率分别为1.31％和0.71％，摩擦界面温升分别为8.82 ℃和11.33 ℃；而PEI摩擦系数上升至0.300左右，质量损失率达4.68％，温升达21.21 ℃，磨损严重。表面形貌分析显示，POM和PET磨损较均匀，犁沟较浅，表面粗糙度Ra分别为5.7 μm和4.6 μm；PEI则出现明显犁沟和材料剥落，Ra为7.9 μm。结论表明，POM和PET在水润滑条件下具有更好的摩擦学性能，具备用于制备水润滑轴承的潜力。

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不同基材对HVAF喷涂WC-10Co-4Cr涂层海水环境摩擦腐蚀机制的影响

胡从荔, 王永欣, 李继承, 郁健浩, 杨磊, 西村一仁, 狄崇庆

材料保护. 2026, 59(4): 69-81. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2026.0055

摘要 (95) PDF全文 (67)

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为了探究WC-10Co-4Cr涂层对不同基体摩擦腐蚀性能的影响，采用高速空气燃料火焰喷涂(HVAF)技术在316不锈钢、40Cr钢和SKD61钢表面制备了WC-10Co-4Cr涂层，并系统研究了涂层的微观结构和物相组成。在此基础上，分别考察了不同基体上涂层的摩擦学与摩擦腐蚀行为，并分析其作用机制。结果表明，在干摩擦下，WC-10Co-4Cr涂层能显著提升基体在干摩擦下的耐磨性，使316不锈钢、40Cr钢和SKD61钢的磨损率分别降低90.91％、90.13％和53.52％，且涂层自身表现出优异的抗磨损性能。与干摩擦相比，海水环境中各涂层的摩擦系数降低，磨合期缩短；与相应基体相比，WC316、WC40、WC61涂层的摩擦系数分别降低28.94％、49.36％、47.20％，磨损率分别降低99.20％、97.74％、92.26％。在摩擦腐蚀过程中，WC-10Co-4Cr涂层在SKD61钢上表现出了最高的开路电位(EOCP)和最低的自腐蚀电流密度，说明材料的耐摩擦腐蚀性显著提升，这一现象归因于电解质在摩擦作用下渗入涂层/基体界面，渗入涂层缺陷，进而与基体发生电化学作用，形成原电池体系。不同基体的电化学特性使涂层在界面反应中可能表现为阴极或阳极，从而影响整体摩擦腐蚀行为。进一步拆解基体和涂层摩擦腐蚀过程中各个分量的损失，发现基体损伤以纯磨损(占比23％~63％)和腐蚀对磨损的协同作用(占比36％~76％)为主；涂层损伤中纯磨损(占比42％~50％)与腐蚀对磨损的协同作用(占比49％~57％)占比相当。在基体中，腐蚀环境对磨损过程的加速是材料损失的主要驱动力；而涂层因其自身优异的耐磨性，削弱了腐蚀对磨损的协同加剧效应，使损伤机制中“纯磨损”的比例相对上升，从而提升了在腐蚀环境下的耐久性。

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不同温度下YSZ-CaF₂涂层/ IC21摩擦磨损行为及机理研究

罗彦镔, 祝云龙, 靖建农, 李洪洋, 王权, 莫继良

材料保护. 2026, 59(4): 82-91. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2026.0056

摘要 (87) PDF全文 (37)

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为提升航空发动机运动部件在高温环境下的减摩耐磨性能，采用大气等离子喷涂技术制备了YSZ-CaF2高温自润滑耐磨涂层，并通过高温摩擦磨损试验台开展26、200、400、600、800 ℃温度条件下YSZ-CaF2涂层/IC21磨球的摩擦磨损试验，结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪、白光干涉仪等表征分析涂层的磨损形貌、微观结构及摩擦性能，进而揭示YSZ-CaF2涂层/ IC21摩擦磨损行为随温度的演变规律及机理。结果表明:YSZ-CaF2涂层摩擦系数和磨损率随温度的升高呈先增后减的趋势；26 ℃升至400 ℃时，界面氧化生成Cr2O3和NiO硬质磨粒，且ZrO2耐磨相和CaF2润滑相含量减少，导致摩擦系数和磨损率分别升至0.211和4.3×10－4 mm3/(N•m)；400 ℃后，CaF2润滑作用增强，并与Cr2O3和NiO硬质磨粒反应生成的NiCr2O4润滑相协同，且ZrO2耐磨相含量增加，同时涂层表面持续软化，有效促进了连续致密摩擦膜的形成，使得摩擦系数和磨损率下降；在800 ℃时，涂层表面形成稳定且致密的复合润滑摩擦膜，摩擦系数和磨损率降至最低，分别为0.109和0.27×10－4 mm3/(N•m)，表现出优异的高温减摩耐磨性能。整体而言，YSZ-CaF2涂层在高温下通过“涂层软化-物相演变-润滑相生成-摩擦膜形成”的协同机制，实现了低摩擦与高耐磨的统一，为航空发动机关键运动部件在极端服役条件下的可靠运行提供了理论依据。

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退火处理对激光粉末床熔化316L不锈钢组织与耐磨损性能的影响

刘立静, 董屹盛, 程亮, 孙钰凯, 桂万元

材料保护. 2026, 59(4): 92-102. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2026.0057

摘要 (89) PDF全文 (85)

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为了改善激光粉末床熔化(LPBF)成形316L不锈钢的力学性能以及耐磨损性能，研究了退火处理对LPBF成形316L不锈钢的组织、力学性能及耐磨损性能的影响。结果表明:LPBF成形打印态试样中有明显的熔池边界，组织具有较强的取向性。在600 ℃×2 h退火后，熔池边界变得模糊。在900 ℃×2 h退火后，熔池边界基本消失，晶粒取向性明显下降。退火处理使得试样的显微硬度和屈服强度降低，延伸率升高；但是在抗拉强度方面，600 ℃退火态横向/纵向试样分别升高了3.91 MPa和3.21 MPa，900 ℃退火态试样横向/纵向试样分别降低了45.32 MPa和20.82 MPa。600 ℃退火态试样兼具良好的强度和塑性。此外，600 ℃退火态横向/纵向试样均表现出最好的耐磨损性能，打印态及600 ℃退火态试样的磨损形式都是以磨粒磨损和氧化磨损为主，而900 ℃退火态试样以磨粒磨损和黏着磨损为主。因此，采用600 ℃×2 h的退火处理，可以有效提升LPBF成形316L不锈钢的耐磨损性能。

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