熔渗反应烧结制备Ti3AlC2材料及摩擦磨损性能研究

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Ti3AlC2材料兼有金属和陶瓷的许多特性,受到人们的广泛关注。本文主要采用熔渗反应烧结法制备Ti3AlC2材料,分别以Ti/Al/C和Ti/Si/Al/C为原料,通过调整原料组分的配比、烧结温度、保温时间,确定合成Ti3AlC2的最佳工艺,并对其熔渗反应机理进行了研究,分析其可能的合成路径。对合成的Ti3AlC2材料进行了干摩擦磨损性能测定,分析载荷和速度对摩擦系数和磨损率的影响。为Ti3AlC2材料的应用提供了理论基础。得出的主要结论如下:  (1)以单质Ti、Al、C粉为原料,组分的摩尔配比为n(Ti)∶n(Al)∶n(C)=3∶0.6∶1.8,采用熔渗反应烧结法,在1300℃下熔渗烧结30min,可以制备出高纯致密的Ti3AlC2材料,采用XRD衍射仪分析试样的物相组成,测定Ti3AlC2的相对含量,采用阿基米德排水法测定试样的气孔率,测得Ti3AlC2相的百分含量为93.14%,气孔率为7.4%。随着Ti3AlC2相含量的增大合成的Ti3AlC2材料的弯曲强度和硬度也随着增加,最大可达到350MPa和167HB。  (2)反应合成Ti3AlC2的合成机理为:当加热到660℃时,Al开始熔化,熔化的Al包裹Ti并与之反应生成TiAl3化合物,之后TiAl3与Ti反应生成TiAl,并进一步生成Ti3Al;同时,Ti与C反应生成TiC;随后可以通过两条途径合成Ti3AlC2:一是TiC与Ti-Al化合物反应合成Ti3AlC2,一是Ti3Al与C反应生成Ti3AlC和Ti3AlC2,Ti3AlC进一步与C生成Ti3AlC2。  (3)在干摩擦试验条件下,随着载荷和滑动速度的增大,Ti3AlC2的摩擦系数减小,磨损率增大,这主要是因为其本身的自润滑性和摩擦表面氧化膜的生成造成的。其磨损机理为,在载荷和滑动速度较低时,摩擦面以犁沟的磨粒磨损为主,随着载荷和滑动速度的增大,出现层状的剥落和划痕,此时以磨粒磨损为主,伴有轻微的粘着磨损。
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