成果简介
液压传动因功率密度大、易实现过载保护等独特优势，在各类机械装备中得到了广泛应用。随着航空航天、舰船技术的发展，深地、深海、外太空等资源开发与利用，液压传动系统将在更加极端的高温宽温变环境下服役。液压传动介质的温度敏感性对元件性能、传递效率和动作精度等具有较大影响。水、油和其他合成类液压传动介质存在结垢、分解、蒸发、碳化等缺陷。
昆明理工大学吴张永团队联合美国犹他大学Shuaihang Pan团队，和云南科威液态金属谷研发有限公司孟仙、蔡昌礼等研究人员在《Tribology International》期刊（中科院一区Top, IF 6.2）发表题为“High-performance liquid metal-based SiC/Graphene-Mo hybrid nanofluid for hydraulic transmission”的论文（蒋佳骏博士研究生为第一作者，吴张永和Shuaihang Pan为共同通讯作者）。研究工作得到了国家自然科学基金的资助以及云南省液态金属产品质量检验中心在测试分析方面的协助。
文章中创新性地研发了高温性质稳定、分散稳定、流动性好且抗磨抗蚀性优异的高性能液态金属基SiC/Graphene-Mo纳米流体（LMNF），实现了工业级超宽/高温30天长循环抗磨抗蚀验证，匹配深海、深地、深空任务周期，有望应用于极端环境重大装备。
图文导读
该工作利用纳米Mo改善液态金属和SiC/石墨烯纳米颗粒之间的相互作用能量关系，促进这些难以结合的纳米相的稳定分散，在广泛实验各种LMNF体系的基础上，筛选出纳米相稳定性最佳的组分，并利用SEM+EDS和CT断层扫描证实了纳米相的均匀分散（见图1）。
图1 、液态金属基SiC/Graphene-Mo纳米流体结构表征
在流变性方面，LMNF提高了其流动稳定性和润滑膜的可持续性。与传统的液压介质相比，LMNF的粘度对温度变化不敏感，有利于提高液压系统在高温宽温变条件下的控制精度。
图2、 磨斑微观形貌及SEM+EDS分析
在摩擦磨损特性方面，LMNF的抗磨性能优于纯LM（见图2）。与传统液压介质相比，LMNF在极端载荷条件下具有更强大的承载能力，在高达200℃的温度下具有更好的润滑和耐磨性。对于316L摩擦副，有益的复合反应膜由SiC/石墨烯纳米颗粒、各种金属氧化物和LM-Fe合金组成，可以避免粘着磨损，减少LM腐蚀。对于Al2O3摩擦副，LMNF的主要优点是引入SiC/石墨烯纳米颗粒作为微轴承，并抑制可能的干摩擦接触（见图3）。
图3 、润滑机理
最后，该研究在小型工业级液压系统中评价了LMNF的工作性能（见图4），表明相较于纯液态金属而言，LMNF能够提高了齿轮泵的容积效率，弥补LM低粘度的缺点。与传统液压油相比，LMNF的容积效率随温度的变化很小，其抗磨性能得到了提高，并且在高温下可以预期LMNF的泵送效率和长期精度。
图4、 液压特性实验与实验结果
小结
由于第一次将金属基复合材料稳定性和分散性原理运用于LMNF研发，该文章中液态金属及LMNF系统性的对比分析，对于促进航空航天、舰船技术的发展，尤其是从传动角度更好实现深地、深海、外太空等资源开发与利用，有着重要的启发和借鉴意义。
文献：https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109871
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