345期
新材料技术领域
精选科技成果推荐
本期精选6项新材料技术领域科技成果进行推荐，感兴趣的企业朋友可以长按识别文末二维码，进行咨询对接。
项目1：高性能自润滑耐磨激光熔覆涂层与激光强化技术
项目2：TX镶嵌式自润滑复合材料
项目3：金属基自润滑耐磨复合材料
项目4：PTFE纤维织物自润滑复合材料
项目5：太阳能吸光颜料和光热转换涂层的制备研究
项目6：氧化钛纳米管生产及应用推广
激光熔覆是一种利用激光处理的表面改性技术，它可以在低成本的基体材料上制成高性能的表层。此技术节约了大量的贵重合金，适用于工具、模具、机械零件的修复、抗摩擦及耐腐蚀涂层的加工等。本课题组利用激光熔覆技术研制开发了镍基金属间化合物基宽温域自润滑耐磨覆层材料，可以实现室温至1000°C宽温域环境下连续自润滑、耐磨和抗氧化。其具体性能指标见下表。目前市场上还未见到能达到这些技术指标的自润滑耐磨涂层材料。该润滑涂层可应用于航天、舰船和汽车工业发动机的机械系统（涡轮叶片）、涡轮发动机进气阀顶杆、导向叶片、闭门器、减振器、制冷循环系统等机器零部件。
本课题组研制开发的铝合金表面自润滑耐磨覆层能解决铝合金零部件在室温至400°C中低温段的自润滑、耐磨问题。其组织致密，硬度可达HV1000～1200。具体技术指标见下表。本课题组开发的钛合金表面自润滑耐磨覆层解决钛合金零部件的自润滑、耐磨、耐腐蚀问题。技术指标见下表。
除覆层材料开发外，铝、镁合金表面激光强化技术是解决铝合金零部件在机械应力、热应力、气蚀等作用下的热疲劳失效、气蚀冲击等问题的有效手段。铝合金强化层厚3～4mm，硬度可达HV140～160，抗疲劳性能提高2个数量级。激光强化镁合金能细化镁合金晶粒尺寸，形成Mg-Al金属间化合物强化层，提高镁合金的耐腐蚀性，解决镁合金零部件的抗腐蚀、耐磨等问题。强化层硬度HV350～400，厚0.5～1mm，耐腐蚀性能可提高2个数量级。除覆层材料开发外，铝、镁合金表面激光强化技术是解决铝合金零部件在机械应力、热应力、气蚀等作用下的热疲劳失效、气蚀冲击等问题的有效手段。铝合金强化层厚3～4mm，硬度可达硬度HV140～160，抗疲劳性能提高2个数量级。激光强化镁合金能细化镁合金晶粒尺寸，形成Mg-Al金属间化合物强化层，提高镁合金的耐腐蚀性，解决镁合金零部件的抗腐蚀、耐磨等问题。强化层硬度HV350～400，厚 0.5～1mm，耐腐蚀性能可提高2个数量级。
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项目二：TX镶嵌式自润滑复合材料
镶嵌式自润滑复合材料是一种新型的抗极压固体润滑材料，由金属底材与嵌入底材的孔或槽中的固体润滑剂膏体构成。在摩擦过程中金属底材承担了绝大部分负荷。经摩擦，孔或槽中的固体润滑剂向摩擦面转移或反转移，在摩擦面上形成润滑良好、牢固附着并均匀覆盖的固体转移膜，大幅度降低了摩擦磨损。随摩擦的进行，嵌入的固体润滑剂不断提供于摩擦面，保证了长期运行时对摩擦副的良好润滑。
TX镶嵌式自润滑复合材料的主要技术性能：
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项目三：金属基自润滑耐磨复合材料
金属基自润滑耐磨复合材料以各类合金和金属陶瓷为基体，调控润滑相和耐磨相的组成和微观结构，通过粉末冶金和增材制造等技术制备而成，具有自润滑耐磨损、免维护等特点。研究所发展了铁基、铜基、镍基、难熔金属、高熵合金、金属陶瓷等自润滑复合材料体系，解决了高温、重载、高速、辐射和载流等工况下乏油运动机械部件的摩擦磨损问题，该材料已在航空、航天、武器等高技术领域以及冶金、钢铁、汽车、工程机械等工业领域中广泛应用。
（1）铜基：硬度20-70HB，抗压强度≧400MPa；
（2）镍基：硬度280-350HB，抗压强度≧1190MP；
（3）高熵合金：硬度160-180HB，抗压强度≧950MPa；
（4）金属陶瓷：硬度300-425HB，抗压强度≧1300MPa；干摩擦系数：≦0.27。
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项目四：PTFE纤维织物自润滑复合材料
PTFE纤维织物自润滑复合材料是由聚四氟乙烯纤维和芳纶纤维等纤维编织物和高强度树脂、填料组成的薄层自润滑复合材料。该类材料具有高承载、耐高温、质量轻、耐腐蚀、自润滑、长寿命等特性，适用于重载、高低温、盐雾、霉菌等极端苛刻复杂服役环境的技术要求。研究所研制的重载、高温纤维自润滑织物衬垫复合材料解决了重载、高温、盐雾锈蚀等复杂环境工况下需要长期有效工作的特种机械部件的特殊润滑和耐磨问题。
PTFE纤维织物自润滑复合材料具有承载能力范围宽（动载10MPa~350MPa）、使用速度广（0.5m/min~9m/min）、质量轻、耐腐蚀、自润滑、耐磨损、长寿命（2.5万次~150万次）等特点。
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项目五：太阳能吸光颜料和光热转换涂层的制备研究
太阳能选择性吸附涂层是太阳能热利用中的关键技术，对提高集热器效率至关重要。尖晶石型过渡金属氧化物（尖晶石型颜料）是一类重要的太阳能选择性吸热材料，具有适当的能隙Eg、能吸收能量较高的可见光和近红外范围的辐射，同时能透过能量较低的红外辐射。通过溶胶—凝胶自蔓延燃烧法制得尖晶石型过渡金属氧化物，将燃烧后的粉末在一定温度下煅烧得到黑色尖晶石型颜料，以此颜料为吸光剂采用简单涂覆法制备了具有较高选择性吸热能力的太阳能选择性吸热涂层。
该涂层具有较高的太阳能吸收率（0.95左右）和较低的发射率（0.10左右），可有效提高太阳能集热器的光热转换效率，而且该涂层具有良好的机械性能和较强的耐候性，使用寿命在25年以上。该方法原料廉价易得、工艺简单可控、成本低廉，便于工业化生产。
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项目六：氧化钛纳米管生产及应用推广
二氧化钛作为一种性能优异的n型半导体材料，由于具有良好的化学稳定性、无毒害、无污染、低成本等特性，使其在光电催化剂、染料敏化太阳能电池、自清洁、光解水、储能等领域获得广泛研究与应用。特别是近年来，随着纳米科技的发展，各种不同形貌结构的TiO2相继问世，使TiO2材料成为目前应用最广泛的纳米光催化材料，也使其成为最具有开发前途的绿色环保型催化剂材料和光电材料之一。
经过近多年的不断努力和探索，我们逐渐克服了上述TiO2纳米管材料制备过程中存在的问题，发展了高纯TiO2纳米管粉体材料的制备工艺，并达到了批量化生产的要求；同时我们发展了一套完整的阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备技术，其中包括纳米管材料的管径管长的控制、表面多孔型和非多孔型纳米管阵列的控制、脱膜和通孔技术等，多项技术达到国际领先水平。
高有序TiO2纳米管阵列膜材料：
（1）高有序TiO2纳米管阵列尺寸和结构可以根据用户实际需要大范围可调，孔径30-200nm，壁厚5-40nm，管长100nm-1mm，面积1cm2-1m2。
（2）产品主要分为两类，一类是基于钛基底支撑的纳米管阵列膜，另一类是TiO2纳米管通孔自支撑膜。
（3）TiO2纳米管晶型可选，分为无定形态、锐钛矿、金红石相以及混相（锐钛矿和金红石相按一定比例，可调）。
（4）对于阳极氧化处理生长TiO2纳米管的基底形状不限，包括钛或钛合金金属片、块、丝、柱、不规则形状的材料以及镀钛导电玻璃等。
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声明：综合整理自各高校成果汇编
黄教授
