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偏硅酸钠玻璃高温润滑

在航空航天和热成型加工领域，部分相对运动的部件在高温下服役，高温润滑对于减小摩擦、磨损，进而减少能源消耗，提高运动部件寿命和效率，确保系统平稳可靠运行至关重要。在热成型加工领域，玻璃是一种广泛应用的高温润滑剂。然而关于玻璃润滑剂对温度的依赖性、高温润滑机理和润滑界面结构依然不明晰。如何根据玻璃高温润滑机理实现在不同工况（温度、对偶、载荷、运动形式等）下玻璃组分的可控调节，以实现润滑效果的最优化是当前玻璃高温润滑剂研究的重点。基于此，研究了最简单碱硅酸盐玻璃（偏硅酸钠玻璃）高温润滑性能和润滑界面的结构。研究发现，偏硅酸盐玻璃在形成玻璃态（920 ^oC）后才具有优异的润滑性能，表界面分析表明：这种润滑性主要是因为界面形成的玻璃态熔体和富钠层分层结构，这种结构易于剪切进而有助于摩擦系数和磨损的降低。阐明了硅酸盐玻璃高温润滑机理。同时发现猛（Mn）在硅酸盐润滑过的表面发生聚集，这个现象通过进一步的原位高温显微镜实验得到验证。通过STEM-EDS和EELS 等研究发现，Mn在摩擦表面的聚集重组（蘑菇状）是由于元素与氧亲和性不同，以及偏硅酸盐玻璃熔体诱导产生的化学势梯度。同时氧化实验表明硅酸盐玻璃具有抗氧化作用。相关结果对于玻璃熔体诱导的材料表面强化和除杂也有启发意义。