弗吉尼亚理工大学获200万美元资助研发极端高温自润滑金属合金

弗吉尼亚理工大学牵头联合亚利桑那州立大学与爱荷华州立大学的研究团队，获得美国国家科学基金会（NSF）200万美元资助，致力于研发适用于极端高温环境的自润滑、耐磨金属合金。在喷气发动机、制造设备及系统中，高温摩擦会严重损伤金属部件，而传统液态润滑剂在超过700摄氏度时会迅速挥发或降解。

针对传统固态润滑剂在约600摄氏度以上易氧化失效的问题，研究团队提出将氧化过程转化为功能优势的思路。该方案旨在使合金内部保持高强度，同时在运行表面生成稳定的低剪切力氧化层，从而在同一材料中实现结构强度与自润滑功能。

团队采用复杂浓度合金与增材制造工艺进行材料设计。复杂浓度合金提供广阔的成分设计空间，通过多种主元元素的相互作用调控强度、相稳定性、扩散及氧化行为。研究核心假设是构型熵有助于稳定块体合金基体，同时促进表面形成低剪切力的尖晶石型氧化物。

为缩短传统试错周期，项目构建了连接理论计算、模拟仿真、增材制造、高通量实验、表征分析、摩擦学与机器学习的闭环设计框架。该框架通过预测能形成稳定氧化物并保留高温强度的成分组合来缩小搜索范围，随后制造并测试选定材料，再将实验数据反馈至计算与机器学习模型以优化下一轮实验方案。

该技术有望降低航空航天推进系统、发电设备及其他极端温度技术对传统润滑剂和涂层的依赖。通过持续再生表面润滑氧化层，可实现更低的摩擦损耗、减少部件磨损、延长使用寿命并降低维护频率，从而提升系统在更高工作温度下的可靠性。

除单一合金研发外，项目目标还包括建立可复用的材料发现基础设施。研究将公开数据集、计算工作流、物理引导的机器学习模型及逆向设计工具，打通从成分工艺到氧化、力学性能及摩擦磨损的全链条。该闭环框架未来可适配于其他材料研发难题。