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昆明理工和猶他大學(xué)等《TRIBOL INT》：高性能高溫液壓傳動液態(tài)金屬基SiC/石墨烯-Mo納米流體

分類：產(chǎn)業(yè)新聞
作者：文章來自昆明理工大學(xué)投稿
來源：材料分析與應(yīng)用
發(fā)布時間：2024-07-19 14:45
訪問量：

【概要描述】昆明理工大學(xué)吳張永團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國猶他大學(xué)Shuaihang Pan團(tuán)隊(duì)，和云南科威液態(tài)金屬谷研發(fā)有限公司孟仙、蔡昌禮等研究人員在《Tribology International》期刊

昆明理工和猶他大學(xué)等《TRIBOL INT》：高性能高溫液壓傳動液態(tài)金屬基SiC/石墨烯-Mo納米流體

分類：產(chǎn)業(yè)新聞
作者：文章來自昆明理工大學(xué)投稿
來源：材料分析與應(yīng)用
發(fā)布時間：2024-07-19 14:45
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詳情

1.成果簡介

液壓傳動因功率密度大、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)等獨(dú)特優(yōu)勢，在各類機(jī)械裝備中得到了廣泛應(yīng)用。隨著航空航天、艦船技術(shù)的發(fā)展，深地、深海、外太空等資源開發(fā)與利用，液壓傳動系統(tǒng)將在更加極端的高溫寬溫變環(huán)境下服役。液壓傳動介質(zhì)的溫度敏感性對元件性能、傳遞效率和動作精度等具有較大影響。水、油和其他合成類液壓傳動介質(zhì)存在結(jié)垢、分解、蒸發(fā)、碳化等缺陷。

昆明理工大學(xué)吳張永團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國猶他大學(xué)Shuaihang Pan團(tuán)隊(duì)，和云南科威液態(tài)金屬谷研發(fā)有限公司孟仙、蔡昌禮等研究人員在《Tribology International》期刊（中科院一區(qū)Top, IF 6.2）發(fā)表題為“High-performance liquid metal-based SiC/Graphene-Mo hybrid nanofluid for hydraulic transmission”的論文（蔣佳駿博士研究生為第一作者，吳張永和Shuaihang Pan為共同通訊作者）。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金的資助以及云南省液態(tài)金屬產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心在測試分析方面的協(xié)助。

文章中創(chuàng)新性地研發(fā)了高溫性質(zhì)穩(wěn)定、分散穩(wěn)定、流動性好且抗磨抗蝕性優(yōu)異的高性能液態(tài)金屬基SiC/Graphene-Mo納米流體（LMNF），實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級超寬/高溫30天長循環(huán)抗磨抗蝕驗(yàn)證，匹配深海、深地、深空任務(wù)周期，有望應(yīng)用于極端環(huán)境重大裝備。

2.圖文導(dǎo)讀

該工作利用納米Mo改善液態(tài)金屬和SiC/石墨烯納米顆粒之間的相互作用能量關(guān)系，促進(jìn)這些難以結(jié)合的納米相的穩(wěn)定分散，在廣泛實(shí)驗(yàn)各種LMNF體系的基礎(chǔ)上，篩選出納米相穩(wěn)定性最佳的組分，并利用SEM+EDS和CT斷層掃描證實(shí)了納米相的均勻分散（見圖1）。

圖1 、液態(tài)金屬基SiC/Graphene-Mo納米流體結(jié)構(gòu)表征

在流變性方面，LMNF提高了其流動穩(wěn)定性和潤滑膜的可持續(xù)性。與傳統(tǒng)的液壓介質(zhì)相比，LMNF的粘度對溫度變化不敏感，有利于提高液壓系統(tǒng)在高溫寬溫變條件下的控制精度。

圖2、磨斑微觀形貌及SEM+EDS分析

在摩擦磨損特性方面，LMNF的抗磨性能優(yōu)于純LM（見圖2）。與傳統(tǒng)液壓介質(zhì)相比，LMNF在極端載荷條件下具有更強(qiáng)大的承載能力，在高達(dá)200℃的溫度下具有更好的潤滑和耐磨性。對于316L摩擦副，有益的復(fù)合反應(yīng)膜由SiC/石墨烯納米顆粒、各種金屬氧化物和LM-Fe合金組成，可以避免粘著磨損，減少LM腐蝕。對于Al2O3摩擦副，LMNF的主要優(yōu)點(diǎn)是引入SiC/石墨烯納米顆粒作為微軸承，并抑制可能的干摩擦接觸（見圖3）。

圖3 、潤滑機(jī)理

最后，該研究在小型工業(yè)級液壓系統(tǒng)中評價了LMNF的工作性能（見圖4），表明相較于純液態(tài)金屬而言，LMNF能夠提高了齒輪泵的容積效率，彌補(bǔ)LM低粘度的缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)液壓油相比，LMNF的容積效率隨溫度的變化很小，其抗磨性能得到了提高，并且在高溫下可以預(yù)期LMNF的泵送效率和長期精度。

圖4、液壓特性實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.小結(jié)

由于第一次將金屬基復(fù)合材料穩(wěn)定性和分散性原理運(yùn)用于LMNF研發(fā)，該文章中液態(tài)金屬及LMNF系統(tǒng)性的對比分析，對于促進(jìn)航空航天、艦船技術(shù)的發(fā)展，尤其是從傳動角度更好實(shí)現(xiàn)深地、深海、外太空等資源開發(fā)與利用，有著重要的啟發(fā)和借鑒意義。

文獻(xiàn)：https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109871

來源：文章來自昆明理工大學(xué)投稿