近些年来，，，，，随着航空事业、低温超导、氢能源动力等领域的迅速生长，，，，，越来越多的装置需要在低温情形下运行[1–2]，，，，，由此引发的润滑问题日益严重。。。。。。一方面，，，，，大大都液体润滑剂在低温下粘度增大，，，，，会逐渐失去润滑作用，，，，，使得机械部件不得不面临干摩擦的严肃逆境[3]；；；；；另一方面，，，，，金属质料在低温下爆发脆韧转变会导致机械性能急剧恶化。。。。。。与此同时，，，，，在低温下的种种严苛重大的服役情形，，，，，如低温真空、冷热交替等更对证料的综合性能提出了挑战。。。。。。

如破冰船外貌质料[4]面临着冰面物理挤压、冰面的摩擦磨损、零下的情形温度以及海水的侵蚀等情形因素的侵蚀。。。。。。因此需要找到具备优良的力学性能、在低温下的抗摩擦磨损性能以及抗侵蚀能力的结构质料以应对重大的服役情形。。。。。。

现在对低温金属质料的摩擦学性能研究仍停留在较低水平，，，，，低温摩擦领域的基础研究十分匮乏，，，，，亟待进一步开发出能知足低温下具有优异耐磨性能的金属质料以知足对证料日益增添的低温耐磨需求。。。。。。

1、失效方法

为开发出在低温下具有优异耐磨性能的金属质料，，，，，首先需要相识低温下质料失效的形式，，，，，这关于在低温下耐磨金属质料设计具有主要的科学和手艺指导意义。。。。。。

1.1　低温润滑失效

在常温下，，，，，液体/固体润滑是最常见的润滑形式，，，，，可是在低温下液体/固体润滑剂的润滑性能恶化，，，，，对金属质料部件的性能提出了重大的挑战。。。。。。相识低温下润滑剂的失效可以资助我们更好地明确润滑的机理。。。。。。本节将从油脂润滑剂和固体润滑剂两方面简要先容润滑剂低温润滑失效的形式。。。。。。

通常，，，，，油脂润滑剂会在金属之间形成一层油膜，，，，，通过阻止金属传动部件之间的相互直接接触从而抵达减摩耐磨的目的。。。。。。由于油脂的润滑性能与其粘度有关，，，，，随着温度的降低大部分油脂润滑剂的粘度增大，，，，，流动性变差而难以施展润滑作用[5]。。。。。。因此事情温域较宽的固体润滑剂成为在低温下举行润滑的较优选择。。。。。。常见的固体润滑剂有石墨、MoS2及类金刚石薄膜。。。。。。石墨与MoS2奇异的层状结构使其层间相互作用力较低，，，，，在受力时易爆发层间滑移以实现润滑效果[6]，，，，，可是这2种润滑剂的情形顺应能力差，，，，，石墨晶体在真空干燥情形下摩擦力剧增[7]；；；；；而MoS2在湿润氧化情形中体现出高摩擦低使用寿命[8]。。。。。。类金刚石薄膜虽然在湿润情形中性能优异，，，，，但保存热膨胀系数不匹配的问题[9]，，，，，当温度跨度过大时，，，，，类金刚石薄膜易于与基体之间失配，，，，，在使用历程中易于脱落、使用寿命缩短。。。。。。

总之，，，，，无论是油脂润滑照旧固体润滑，，，，，都很难知足在超低温下长时间服役的要求。。。。。。油脂润滑的低温失效与固体润滑剂的使用情形限制都无法知足大大都低温场景下的使用。。。。。。因此低温润滑的失效对金属的本征摩擦性能提出了很高的要求。。。。。。

1.2　金属质料的韧脆转变

除了在低温下润滑失效之外，，，，，低温下金属性能的恶化同样也对金属的摩擦性能有着卑劣的影响。。。。。。在温度降低到一定水平时，，，，，金属质料会爆发由韧性状态转变为脆性状态的征象，，，，，即低温韧脆转变。。。。。。在脆韧转化温度之上，，，，，质料具有较好的韧性；；；；；低于临界温度时，，，，，则会由韧性突然转变为脆性，，，，，险些损失了塑性变形能力，，，，，使金属质料低温下的力学性能和摩擦学性能显著恶化。。。。。。据一份形貌西伯利亚雅库特冬季采矿工具行为的报告称：“钢制工具变得云云脆，，，，，以至于像洋火棍一样折断”[10]。。。。。。通常，，，，，低温韧脆转变泛起在体心立方金属、部分密排六方金属和金属间化合物等大大都合金系统中，，，，，面心立方金属在极低温时同样保存韧脆转变。。。。。。以钢质料为例，，，，，通过在钢中加入镍、锰等可使脆性转变温度降低，，，，，随着含碳、磷元素的增添，，，，，脆性转变温度显着升高。。。。。。

低温下润滑剂的失效以及金属的性能恶化导致金属质料将面临极端情形下干摩擦的服役情形，，，，，这使得寻找到一种可以在低温下稳固事情的金属质料成为须要。。。。。。现在已经有许多学者研究差别质料以及实验要领以获得在低温下耐磨的合金。。。。。。常见的金属质料有钢质料、铝合金、钛 合 金 、多 主 元 合 金（multi-principal element alloy, MPEA）等。。。。。。本文首先总结了常见的低温摩擦装备，，，，，并凭证差别的使用工况举行分类；；；；；随后从差别种类的金属质料出发，，，，，详细先容了近期新颖的低温耐磨质料研究效果，，，，，以期相关从业者可以快速相识该领域。。。。。。

2、低温摩擦实验要领

摩擦磨损实验的目的是研究质料在现实的事情条件下的特征与转变，，，，，展现在摩掠历程中种种因素对性能的影响，，，，，从而确定最合适的设计参数。。。。。。

摩擦征象的重大性决议了繁多的实验要领与实验装备，，，，，因此越来越多的国家和组织最先重视实验要领的标准化。。。。。。在此基础上，，，，，凭证摩擦磨损的现实接触情形和运动方法的差别，，，，，可以设计出适用于差别条件下的摩擦磨损试验机来举行种种摩擦机理的研究。。。。。。

试件之间的运动方法分为纯滑动、纯转动或者陪同滑动。。。。。。试件的运动有的接纳旋转运动，，，，，有的接纳往复运动。。。。。。试件的接触形式有点接触、线接触和面接触。。。。。。通常点接触的单位面积压力最大可达5000 MPa，，，，，适用于需要较高接触应力的实验如胶合磨损或接触疲劳磨损；；；；；线接触的接触应力可以抵达 1000~1500 MPa，，，，，适适用于粘着磨损实验和接触疲劳磨损实验；；；；；面接触的接触压力较低，，，，，一样平常为50~100 MPa，，，，，通常用于磨粒磨损实验。。。。。。目今研究普遍接纳球-盘式摩擦磨损试验机来评估金属质料的摩擦学性能。。。。。。在实验历程中通过施加力以及控制运动来模拟质料之间的运动，，，，，并通过控制参数来模拟差别工况，，，，，进而凭证磨损率、摩擦系数等数据评估质料的耐磨性能和摩擦学特征。。。。。。

关于在低温下举行的金属质料摩擦实验是在以上实验装置的基础上特殊增添低温装置来实现低温情形，，，，，从而模拟质料在极端情形下的工况，，，，，测试在差别低温温度下质料的摩擦学性能。。。。。。目今，，，，，有关金属质料的低温摩擦学研究仍十分匮乏。。。。。。由于低温摩擦装置的限制，，，，，大都研究事情的测试温度难以低于–60 ℃。。。。。。低温装置大多依赖低温介质热转达来实现，，，，，表1列出了差别情形与常见低温介质的温度。。。。。。本文低温与室温顺高温相对应，，，，，泛指零摄氏度以下温度区间，，，，，并在差别金属质料中筛选出近期的摩擦磨损研究研究效果举行汇报。。。。。。

目今低温摩擦装置凭证制冷介质的差别可分为低温液体介质、低温气体介质及低温真空介质3类，，，，，它们装置内部的结构简图如图1所示[11]。。。。。。凭证情形介质的差别，，，，，质料的摩擦学性能也会受到响应的影响。。。。。。

2.1　低温液体介质

为了实现低温下的摩擦学研究，，，，，通常将试样直接浸泡在液体介质中，，，，，即可在液体沸点的温度下举行摩擦磨损实验，，，，，常用的介质有液氦、液氢、液氮、液氧等。。。。。。该要领的本钱较为低廉，，，，，实现较为简朴，，，，，可是由于摩擦热的保存，，，，，容易在两摩擦副之间引发液体介质欢喜，，，，，形成蒸汽膜导致热量转达的效率降低，，，，，这一征象在液氦之中尤为显着。。。。。。且由于液体的沸点是牢靠的，，，，，因此只能在伶仃的温度点举行实验，，，，，无法对情形温度举行较为精准的调控。。。。。。

别的，，，，，由于低温介质与摩擦副外貌会爆发化学相互作用可能导致外貌化学转变，，，，，这会改变质料外貌相组成使摩擦实验泛起误差[12]。。。。。。

事实上，，，，，早在1958年就有用低温液体作为低温介质举行摩擦学研究的例子。。。。。。Wisander等[13]通过将填充的聚四氟乙烯组合物置于球-盘式摩擦试验机并使用液氮浸没将其冷却举行摩擦学测试，，，，，发明其摩擦系数较低（在液氮中摩擦系数可低至0.06），，，，，同时磨损量也较小，，，，，摩擦磨损性能基本不受滑动速率的影响，，，，，与古板密封组件所用的碳钢相比有显着优势。。。。。。

1989 年，，，，，Iwabuchi 等[14]使用如图 2 所示装置划分在293、77和4 K测试了金属与铜、不锈钢、环氧树脂的摩擦性能。。。。。。摩擦力通过粘贴在安排于移动臂中心的圆环上的应变片丈量。。。。。。77 K 下的实验通过在每个臂上装置试样并加载后，，，，，将液氮倒入低温恒温箱中冷却5 min，，，，，然后在液氮中最先滑动。。。。。。在4 K下举行实验时，，，，，将样品在液氮中预冷20 min，，，，，并将液氦倒入瓶中。。。。。。试样浸入液氦5 min后最先滑动。。。。。。在微动历程中，，，，，坚持液氮和液氦浸没样品以坚持温度恒定稳固。。。。。。实验展现了在差别条件下温度对摩擦性能的影响纪律。。。。。。由于低温液体介质的便捷可操作性较强，，，，，对实验仪器气密性要求较低，，，，，以后大多研究职员使用低温液体介质作为冷源并以此开展摩擦学研究。。。。。。

2.2　低温气体介质

低温气体介质要领是通过低温气体热转达或者液体汽化的要领来降低试样外貌的温度，，，，，通过控制气体的流量或者喷溅液体的体积实现对情形温度的控制。。。。。。与低温液体介质相较量，，，，，低温气体介质的测试温度不再是简单的低温液体的沸点，，，，，而是高于沸点的一定温度规模。。。。。。同样的，，，，，介质的化学性子也可能会影响摩擦副的外貌状态，，，，，因此一样平常选取惰性气体（如液氮、液氦）来作为传热介质。。。。。。

可是装置内部气体交流对装置的密封性和内部气氛控制提出了较高要求，，，，，不然可能爆发诸多问题，，，，，如大气中水蒸气进入导致的外貌结冰、氧气进入导致的氧化以及气氛控制不对理导致的局部温度不匀称等。。。。。。

尉效果等[15]通过低温氮气作为情形介质自主研制了低温/宽温域枢纽轴承试验机和自润滑枢纽轴承。。。。。。该轴承试验机可以调理参数模拟在真实服役中可能遇到的情形，，，，，通过控制低温轴承试验机保温箱内部液氮的量来调理温度。。。。。。由此尉效果开展了113~323 K宽温域规模内的摩擦磨损试验，，，，，剖析了枢纽轴承摩擦系数和磨损量的影响纪律及机理，，，，，补全了低温枢纽轴承的设计依据和摩擦系数、使用寿命等相关数据，，，，，为低温风洞中枢纽轴承的设计、研制和使用提供依据。。。。。。

低温气体也会对摩擦实验带来温度之外的影响。。。。。。兰州物理化学研究所的Zhu等[16]在研究低温高真空情形下钢质料的摩擦体现时发明钢的外貌泛起变色征象。。。。。。其低温下的摩擦实验是在外接低温真空装备的球-盘式摩擦试验机中举行的，，，，，认真空度低于 5×10^-3 Pa 时最先降温。。。。。。

随着温度的转变，，，，，真空情形下剩余的微量气体分子对钢质料外貌的物理性子爆发了影响，，，，，如图3所示。。。。。。图中钢外貌泛起出蓝紫色，，，，，且在升温历程中（140~280 K）钢外貌颜色转变最为显着。。。。。。通过使用质谱仪实时监测真空室内气氛含量，，，，，证实了这种颜色转变是由真空装备中微量的水蒸气造成的，，，，，同时影响着钢质料外貌摩擦学行为。。。。。。研究发明摩掠历程中水分子的冷凝使钢/钢摩擦副的耐磨性提高，，，，，并且通过自动控制气氛中氮气和氧气的含量可以进一步降低磨损。。。。。。

2.3　低温真空介质

由于低温液体或气体的保存，，，，，可能会引起介质含量的转变或摩擦界面的转变。。。。。。因此，，，，，需要重复替换所需的测试气体和含量监测，，，，，以包管低温下气体情形的一致性。。。。。。

别的，，，，，气体介质的物理性子（如热导率等）会影响质料在低温下的摩擦学性能。。。。。。而真空情形，，，，，尤其是超高真空情形，，，，，可以在很洪流平上消除情形介质对摩擦试验效果的滋扰。。。。。。然而，，，，，在高度真空下缺乏温度传导介质，，，，，仅能通过导热和辐射方法传热，，，，，制冷功率有限，，，，，因此在高速下举行的摩擦试验效果可能是禁绝确的。。。。。。2020年清华大学Cui等[17]在低温真空下对聚合物基复合质料举行了测试，，，，，其自制的低温摩擦装备如图4所示。。。。。。其设计最低温度为–100 ℃，，，，，真空度为5×10^-5 Pa。。。。。。充满液氮的水槽并不与摩擦副直接接触，，，，，而是通过热辐射传热。。。。。。真空腔室温度由加热灯胆控制并由转盘周围的热电偶丈量（图中未画出）。。。。。。发明其在宽温域内坚持摩擦系数小于0.1，，，，，并通过表征手段证实晰转移膜的天生，，，，，诠释了聚合物质料在低温下摩擦系数与磨损率的特点。。。。。。

现在，，，，，低温摩擦学的评价多集中于低温液体介质，，，，，测试的温度点不一连。。。。。。而在现实工况当中，，，，，由于涉及真空、气体情形和交变温度等多种场景，，，，，这将造成测试效果与现实服役工况的差别。。。。。。因此需要团结新型制冷手艺设计探索新的低温实验测试要领与手段，，，，，进一步推动低温摩擦学研究的生长。。。。。。

3、金属质料的低温摩擦学性能

在低温情形中，，，，，金属质料的选择至关主要，，，，，许多金属质料在低温下体现出优异的机械性能与摩擦学性能，，，，，因此被普遍应用于航空航天、低温工程和极地航行等领域。。。。。。

如在液化自然气工业中不锈钢被用于制造贮存罐和运送管道，，，，，以确保清静和可靠的运输；；；；；铝合金在航空航天领域中被普遍应用于制造飞机机身和发念头零部件等；；；；；钛合金可以用于制造航空发念头零部件、航天器结构和海洋平台装备，，，，，以遭受极端温度和压力条件。。。。。。

只管在低温情形下有多种金属质料可供选择，，，，，但钢、铝合金、钛合金和高熵合金因其在低温条件下体现出更优异摩擦学特征逐渐成为学术界和工业界的研究重点，，，，，并展现出更辽阔的应用远景，，，，，如可以支持在差别的低温情形下事情的低碳锰钢、中镍钢和镍铬奥氏体钢。。。。。。本部分将针对近期较为新颖的研究效果，，，，，对差别的金属质料性能以及加工要领举行汇总综述，，，，，以期使读者可以快速相识近期金属质料在低温下的摩擦学研究希望。。。。。。

3.1　钢质料在低温下的摩擦磨损性能

钢是对含碳量质量分数介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称。。。。。。凭证用途的差别，，，，，钢的化学因素中含有差别的合金元素，，，，，好比添加了锰和镍的钢在低温下有着更好的使用性能。。。。。。现在，，，，，钢以其低廉的价钱、可靠的性能成为天下上使用最多的质料之一，，，，，是修建业、制造业和人们一样平常生涯中不可或缺的因素。。。。。。？？？？？？梢运蹈质窍执缁岬奈镏驶　。。。。。为了进一步扩大低本钱钢质料的应用，，，，，研究钢质料在低温下的性能势在必行。。。。。。低碳中锰钢具有优异的成形性、焊接性、强度和韧性，，，，，是汽车工业结构件和先进工程厚钢板的主要合金[18]

。。。。。。

经奥氏体逆转处置惩罚（austenite reversion treatment, ART）[19]后，，，，，它们泛起出超细回火马氏体和相当数目的亚稳奥氏体的双相组织，，，，，强度和塑性获得了特另外提高[20]。。。。。。Yan

等[21]研究了ART处置惩罚后的中锰钢（富奥氏体钢）在20、0、–50和–120 ℃下的摩擦磨损行为。。。。。。效果批注，，，，，马氏体钢和富奥氏体钢的耐磨性随磨损试验温度的降低而提高，，，，，马氏体的硬度随温度降低而升高，，，，，可是其攻击韧性急剧下降，，，，，富奥氏体钢中亚稳奥氏体爆发的应变硬化和韧性增强极大地降低了低温下的磨损体积。。。。。。与马氏体钢相比，，，，，主要的磨损机制从犁沟转变为切削。。。。。。这一研究为开发低温应用的初始硬度相对较低的新型耐磨钢提供了依据。。。。。。

通过对钢因素举行调控，，，，，可以在一定水平上改善其在低温下的使用性能。。。。。。为了提崎岖温船舶用钢的低温摩擦磨损性能，，，，，上海海事大学的孙士斌等[22]设计并制备了4 种新型差别 Si 含量（0.3%、0.6%、0.9% 和 1.2%）的船用低温高强钢，，，，，研究并剖析了其摩擦磨损性能。。。。。。效果显示：

在恒定低载荷（20 N）和恒定低滑动速率（10 mm/s）条件下，，，，，该新型船用钢板的磨痕外貌硬度显着高于磨损前，，，，，摩擦机理以粘着磨损、疲劳磨损为主，，，，，部分区域爆发氧化磨损，，，，，磨屑被挤压爆发加工硬化层。。。。。。这是由于Si的添加起到了固溶强化以及相变强化的综相助用，，，，，显著提高了钢质料的摩擦磨损性能以及硬度。。。。。。其中，，，，，Si含量为1.2%的船用低温钢在20和–10 ℃下均体现出优异的摩擦磨损性能，，，，，平均摩擦系数划分为0.41（20 ℃）、0.38（–10 ℃）；；；；；磨损 量 分 别 为 1.695×10^-5 m3（20 ℃ ）、2.097×10^-5 m3（–10 ℃）。。。。。。随着Si含量的上升，，，，，使得经由两相区调质热处置惩罚的船用低温钢金相组织差别水平细化，，，，，并且使得固溶强化一直增强，，，，，磨损量降低，，，，，钢材在低温条件下的耐磨性有所提高。。。。。。

3.2　钛合金在低温下的摩擦磨损性能

钛合金具有密度低、比强度高、耐侵蚀性能好和低温力学性能优异等特点，，，，，是航空航天领域应用最普遍的质料之一，，，，，在火箭发念头的贮箱、低温液体贮箱、紧固件、泵叶轮、支架等低温部件应用普遍[23–25]。。。。。。然而，，，，，塑性剪切抗力较低以及外貌氧化物的保；；；；ぷ饔媒先鮗26]导致钛及其合金的摩擦学性能较差，，，，，严重限制了钛合金的进一步应用。。。。。。

例如，，，，，在钛合金构件的现实应用历程中，，，，，摩擦副外貌的氧化膜会爆发磨损损失[27]从而失去保；；；；ぷ饔谩。。。。。为了提高钛合金的耐磨性 ，，，，，人们对其举行大宗改性处置惩罚 ，，，，，如渗氮[28–29]，，，，，涂层处置惩罚[30]，，，，，掺杂[31–32]等。。。。。。得益于多种改性手段，，，，，阻止现在已经涌现出了一批在低温领域摩擦性能体现优良的钛合金质料。。。。。。

中国石油大学的Wang等[33]测试了Invar36低膨胀镍钛合金在低温下的性能。。。。。。实验效果批注Invar36合金具有优异的摩擦学性能，，，，，其摩擦系数（coefficient of friction, COF）在 20~–78 ℃规模内逐渐减小。。。。。。随着温度降至 –196 ℃，，，，，COF也随着温度下降而急剧下降，，，，，至–196 ℃时抵达最小值。。。。。。别的，，，，，在相同条件下对一种商业轴承级质料（G95Cr18钢）举行了测试和较量，，，，，效果批注Invar36合金具有比G95Cr18钢更好的摩擦学性能，，，，，在–196 ℃时，，，，，其磨损率比 G95Cr18 钢低 55.43%。。。。。。进一步的模拟比照批注，，，，，由于其极低的热膨胀系数，，，，，在低温条件下，，，，，Invar36合金比G95Cr18钢具有更高的韧性和强度。。。。。。该研究提供了Invar36钛合金在差别温度和载荷下对Si3N4陶瓷球的摩擦学数据，，，，，为开发出低温具有高耐磨的钛合金生长提供了主要的理论指导。。。。。。

Ti基块体金属玻璃复合质料通常具有优异的强度、塑性和韧性，，，，，因而成为低温工程应用的潜在理想选择之一[34]。。。。。。然而，，，，，关于其磨损行为的研究仍然较为稀缺。。。。。。Ren等[35]研究了Ti基块体金属玻璃复合质料在113 K的低温下的耐磨性，，，，，在低温下Ti基金属玻璃复合质料的耐磨性大大提高。。。。。。Ti47.2Zr33.9Cu5.9Be13金属玻璃复合质料的低温摩擦性能如图5所示。。。。。。

图5a展示了其在差别温度下的摩擦系数，，，，，随着温度的降低，，，，，动摩擦因数略有降低；；；；；在图 5b 中 ，，，，，当温度从 233 K 降低到 113 K 时 ，，，，，磨损率从5.95×10^-4 mm3/(N·m)枯燥降低到3.12×10^-4 mm3/(N·m)，，，，，磨损率降低高达47.6%。。。。。。由磨痕的三维形貌（图5b）可知在低温下测试的磨损外貌泛起更平滑和稍微的外貌，，，，，粗糙度更低。。。。。。图5c展示了从3D轮廓仪获得的磨损轨迹的整体 3D 视图。。。。。。与 233 K 相比，，，，，Ti47.2Zr33.9Cu5.9Be13金属玻璃复合质料在113 K下摩擦时具有更窄、更浅的磨痕。。。。。。研究效果证实该 Ti 基块体金属玻璃复合质料在较低的低温下具有更好的耐磨性。。。。。。

3.3　铝合金在低温下的摩擦磨损性能

与金属钛相比，，，，，铝合金有着更低的密度，，，，，并且添加一定合金化元素后可抵达较高强度，，，，，其比强度靠近高合金钢而比刚度凌驾钢，，，，，具有优异的铸造性能和塑性加工性能[36]。。。。。。因此在航空航天、交通运输、修建、机电等方面有着普遍的应用。。。。。。别的，，，，，低温情形下可以同时改善铝合金的硬化和塑性能力[37–38]，，，，，可以战胜其室温成形性差的问题，，，，，因此也被视为具有优异低温摩擦的理想质料之一。。。。。。

中国科学院北京物理与化学研究所低温手艺重点实验室的Weng等[39]研究了15% SiC颗粒/2009Al铝基复合质料在室温顺低温滑动磨损条件下的亚外貌变形和磨损行为。。。。。。效果批注，，，，，与室温相比，，，，，低温下的滑动实验在亚表层引起了更大的塑性变形。。。。。。这是由于在低温下铝基体塑性增添以及SiC颗粒脆性增添导致其对铝合金基体变形的阻碍作用降低。。。。。。在低温下举行滑动实验的复合质料的磨损率显著降低。。。。。。磨损外貌在低温滑动后具有较低的外貌粗糙度和较高的外貌匀称性。。。。。。磨损机制由室温下严重的氧化磨损、粘着磨损和剥层磨损转变为低温滑动下稍微的剥层磨损和开裂特征。。。。。。低温滑动后的变形层起到了纳米晶加工硬化层的作用，，，，，低温下加工硬化率和位错密度增添，，，，，抑制了裂纹的爆发，，，，，响应地提高了质料的磨损性能。。。。。。这项研究为通过在低温情形下自顺应形成纳米硬化层的要领来设计高外貌性能的铝基复合质料提供了一种新的战略。。。。。。

铝合金超低温成形历程中温度漫衍差别，，，，，模具与铸件的界面之间接触压力随质料流动一直转变，，，，，接触面之间的摩擦形式也会随之改变。。。。。。Gao等[40]研究了高压低温下铝合金的减摩机理。。。。。。效果批注，，，，，COF随着压力的增添先增大后减小。。。。。。温度的降低以及接触面压力的增添，，，，，均有利于铝合金组织的晶粒尺寸的减小，，，，，导致粘着摩擦或犁沟摩擦镌汰，，，，，从而导致在高压和低温下的COF较低；；；；；较高的温度和压力则增添了粘着力，，，，，容易引起黏着磨损的爆发，，，，，倒运于延伸模具的使用寿命。。。。。。？？？？？？杉改灞湫挝⒔峁沟男纬稍銮苛送饷仓柿系乃苄院投钥贡湫蔚哪芰，，，，，该事情不但有助于推进多标准摩擦模子的建设，，，，，并且为低温成形仿真和工艺参数优化提供了基础。。。。。。

3.4　多主元合金在低温下的摩擦磨损性能

古板合金通常是以1种或2种金属元素作为基元，，，，，向其中添加金属或者非金属元素以抵达强化金属使用性能的目的。。。。。。随着工业领域的快速生长，，，，，古板合金的研发陷入瓶颈。。。。。。近年来，，，，，由我国台湾科学家Yeh教授[41]和英国学者 Cantor 教授[42]提出了 1 种新型多主元合金设计理念，，，，，其倾覆了古板合金由简单主元组成的设计理念，，，，，为合金质料的因素组成、组织调控与性能设计带来了辽阔的开发空间。。。。。。与古板合金相比，，，，，多主元合金由于兼具高强度、高硬度、抗磨损性能与耐侵蚀性能受到了人们的普遍关注。。。。。。多主元合金[43]的设计理念使得合金因素泛起爆发式增添，，，，，极大拓宽了金属质料的因素空间，，，，，将人们的关注点从相图的角落位置转到辽阔的中心区域[44]，，，，，而重大的因素付与了合金组织与性能上诸多的可能性，，，，，开启了新型多主元合金的研究热潮。。。。。。

CoCrNi多主元合金由于在低温下没有显着的韧脆转变并且在很宽的温度规模内都有很好的强塑性[45]，，，，，已被公以为低温应用的 fcc 多主元合金的典范代表系统[46–48]。。。。。。Ren等[49]研究了CoCrNi多主元合金在低温下的摩擦学行为，，，，，研究批注 CoCrNi 多主元合金在温度从 273 K降低到153 K时体现出显著增强的耐磨性，，，，，凌驾了低温奥氏体钢。。。。。。通过显微视察和原子模拟，，，，，明确了影响CoCrNi低温耐磨性能的变温组织特征和变形机制。。。。。。在深冷条件下，，，，，显著的晶粒细化和较深的塑性区导致了向外貌以下扩展的组织梯度，，，，，这可以容纳大宗的滑动变形，，，，，这与273 K下的应变局部化和分层形成了直接的比照。。。。。。

同时，，，，，与温度相关的深冷变形机制（堆垛层错网络与相变）也为亚表层质料提供了特另外强化和增韧。。。。。。这些特征使得 CoCrNi 合金在低温条件下特殊耐磨损。。。。。。图 6 所示为奥氏体合金钢与CoCrNi基高熵合金在差别温度下磨损率比照，，，，，可以看出奥氏体合金钢在低温下的摩擦磨损性能并不突出，，，，，关于某些因素的合金钢，，，，，低温甚至会增大其磨损率（06Cr19Ni10钢）。。。。。。而CoCrNi多主元合金不但在常温下有着较低的磨损，，，，，在低温下其耐磨性能大大提高，，，，，与室温相比降低了44%，，，，，是在低温下性能优异的金属质料。。。。。。

MPEA 具有极高的构型熵，，，，，由 5 种及以上主元组成的 MPEA 被 称 为 高 熵 合 金（high-entropy alloys, HEAs）[50-52]。。。。。。Geng等[53]研究了单相CoCrFeNiMn高熵合金和CoCrFeNiAl高熵合金在低温真空情形下的摩擦学行为，，，，，效果批注 173 K 下单相 CoCrFeNiMn 高熵合金和 CoCrFeNiAl 高 熵 合 金 均 有 高 的 耐 磨 性 ，，，，，其 中CoCrFeNiAl 高熵合金磨损率可低至 1×10^-6 mm3/(N·m)。。。。。。并且在摩掠历程中的接触应力以及瞬时温度的提高增进了HEAs的晶粒细化，，，，，这更进一步使得HEAs的耐磨性提高。。。。。。这项事情进一步通过多种表征手段研究了在2种接触条件下的磨损诱导微观组织演变，，，，，填补了低温下高性能高熵合金摩擦学行为的空缺，，，，，为进一步优化高熵合金在低温下的耐磨性提供了指导。。。。。。

4、总结与展望

本文先容了金属质料低温摩擦研究现状，，，，，包括低温摩擦学的实验手艺以及现在新颖的金属质料研究希望。。。。。。

首先概述了金属质料在低温下服役所遇到的逆境，，，，，包括低温润滑失效以及低温脆韧转变。。。。。。关于质料在低温下的摩擦学试验情形举行了总结和讨论，，，，，划分先容了低温液体介质、低温气体介质和低温真空介质情形的优缺 点。。。。。。凭证金属质料的种类差别，，，，，划分先容了低温下的钢质料、钛合金质料、铝合金质料以及多主元合金质料的前沿效果，，，，，其中多主元合金作为新兴领域，，，，，在低温下体现出了优异的耐磨性，，，，，是未来最具潜力的新型质料之一。。。。。。

随着航空事业、低温超导、氢能源动力相关手艺的一直生长，，，，，低温的应用会越来越普遍，，，，，由此引发的润滑问题仍需要进一步研究。。。。。。就现在而言低温润滑仍有若干问题需要解决与完善。。。。。。首先，，，，，由于大部分低温摩擦实验是在低温液体介质中举行的，，，，，导致测试的温度点较量简单。。。。。。

然而现实使用历程中的外界情形重大多变，，，，，测试情形与现实使用情形保存差别。。。。。。因此需要开发越发契合使用情形的实验要领；；；；；其次，，，，，现有的低温实验表征手段大多在室温下举行，，，，，难以获得低温下质料的实时转变信息；；；；；最后，，，，，低温摩擦学的诸多研究仍不敷系统，，，，，其机理部分的研究还不敷深入。。。。。。

综上所述，，，，，金属质料低温摩擦研究领域虽然取得了显著希望，，，，，但仍保存诸多挑战和未知。。。。。。未来的研究应着力于开发更为适用的实验要领和表征手段深入探讨 低温摩擦机理，，，，，进一步研究差别质料在差别因素影响下的摩擦行为，，，，，以推动具有优异耐磨性金属质料的生长和应用。。。。。。

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