風(fēng)力渦輪機(jī)組件常因磨損而不幸夭折。近日美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)意外發(fā)現(xiàn)了一種超級(jí)耐磨損材料N3FC，其耐磨程度竟然超過(guò)了現(xiàn)有的測(cè)試極限。這小小的涂料有望在風(fēng)能的推廣上大展拳腳，但其作用機(jī)理仍在進(jìn)一步探索中。

    盡管完美材料的發(fā)現(xiàn)常常有賴于對(duì)科學(xué)好奇心的嚴(yán)格論證以及世界上最具天賦學(xué)者的分析，但科學(xué)有時(shí)也出于偶然。

    近期來(lái)自美國(guó)能源部（DOE）的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)以及阿克倫城市立大學(xué)的科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)就應(yīng)證了這句話。他們一起發(fā)現(xiàn)了一種特殊的碳包覆涂層材料。此材料不一定必須應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)，但是確實(shí)已被證實(shí)了可以在風(fēng)力發(fā)電方面大有作為。這個(gè)新奇的發(fā)現(xiàn)報(bào)道于雜志 Tribology International。

    由于風(fēng)力渦輪機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)固有的復(fù)雜內(nèi)部環(huán)境，關(guān)鍵組成部分如電動(dòng)機(jī)動(dòng)器、軸承或者齒輪常易于失效。這意味著渦輪機(jī)需要日常維護(hù)，但這些維護(hù)無(wú)疑會(huì)提高風(fēng)電的價(jià)格，所以延長(zhǎng)這些關(guān)鍵組件的壽命可以極大的降低風(fēng)電的成本。風(fēng)電是當(dāng)今世界增長(zhǎng)最快的供能方式，因此其前景誘人。

    部件失效的原因常來(lái)自于微點(diǎn)蝕現(xiàn)象。微點(diǎn)蝕現(xiàn)象指渦輪機(jī)的齒輪和軸承不斷地滾動(dòng)滑動(dòng)，由此導(dǎo)致了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組分的表面裂紋。此外，接觸一旦開(kāi)始就會(huì)加劇裂紋，不但磨損金屬而且會(huì)加劇已經(jīng)存在的裂紋，直到昂貴的維護(hù)變得勢(shì)在必行，更有甚時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)崩潰。

    阿貢實(shí)驗(yàn)室摩擦及熱力學(xué)，表面及潤(rùn)滑相互作用，發(fā)現(xiàn)與工程創(chuàng)新（SLIDE）等三個(gè)部門(mén)負(fù)責(zé)相關(guān)研究。這三個(gè)部門(mén)的主要工作是研究潤(rùn)滑劑和材料之間的相互作用，發(fā)明新的潤(rùn)滑產(chǎn)品以及減少摩擦的涂料，進(jìn)而減少微點(diǎn)蝕，在能量技術(shù)范圍內(nèi)延長(zhǎng)組件壽命。

    當(dāng)SLIDE部門(mén)不小心將類金剛石材料（一種由類似金剛石中的碳碳鍵結(jié)合而制成的材料）應(yīng)用于風(fēng)葉渦輪機(jī)的涂料時(shí)，幸運(yùn)女神眷顧了他們。

    阿貢實(shí)驗(yàn)室優(yōu)秀的研究人員Ali Erdemir說(shuō)道 “我們認(rèn)為如果它在其他滑動(dòng)條件下仍有效，或許它就可以應(yīng)用于風(fēng)葉渦輪機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。最初，由于我們認(rèn)為包覆層會(huì)因風(fēng)葉渦輪機(jī)中的固有高壓而很快被磨損掉，所以我們并沒(méi)有對(duì)它指望太多，但事實(shí)是我們的擔(dān)心是多余的。”

    至今為止，這種名為N3FC的涂層材料已經(jīng)被證實(shí)可以經(jīng)過(guò)超1億次的實(shí)驗(yàn)循環(huán)而不發(fā)生微點(diǎn)蝕。Erdemir承認(rèn)他們也不知道這種材料的極限，因?yàn)樗某惺苣芰Τ^(guò)了SLIDE的微點(diǎn)蝕測(cè)試系統(tǒng)的極限。如果在真實(shí)環(huán)境中仍有如此驚人的表現(xiàn)，這意味著為日后的維修省下了一大筆銀子，而且可以避免全國(guó)范圍內(nèi)的風(fēng)葉渦輪機(jī)失效，僅此一項(xiàng)就降低了近百萬(wàn)美元的花費(fèi)。但Ali Erdemir還補(bǔ)充道當(dāng)前的首要任務(wù)是了解其具體工作原理。“

    ”我們至今仍然無(wú)法理解其中的機(jī)理。“ Erdemir.說(shuō)，”由于硬度更大可以減少磨損。通常認(rèn)為隨著組件磨損壽命的延長(zhǎng)，包覆層的硬度也要相應(yīng)提高，但是對(duì)于這種本身硬度不及基體鋼材的包覆層，傳統(tǒng)的理論無(wú)法給出好的解釋。“

    研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在渴望與相關(guān)企業(yè)合作以檢驗(yàn)N3FC在真實(shí)應(yīng)用中的表現(xiàn)如何。與此同時(shí)，他們一直在努力探究這一驚人科學(xué)發(fā)展背后的秘密。Erdemir說(shuō)：”我們應(yīng)該樂(lè)于去探索最深層次的謎底，以求設(shè)計(jì)出更好的涂料。“

    該研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)也在測(cè)試涂料在壓縮機(jī)密封上的應(yīng)用。作為一種低摩擦表面涂料，它或許可以在自然大氣以及氫氣的氣氛中有較好的表現(xiàn)。Erdemir說(shuō)道：”它在多方面都表現(xiàn)出良好的性能。“

    與此同時(shí)，阿貢實(shí)驗(yàn)室摩擦技術(shù)部門(mén)仍在進(jìn)行著探究工作，納米尺度實(shí)驗(yàn)室使用拉曼光譜對(duì)其性能進(jìn)行檢測(cè)（激光單色光檢測(cè)）。