【摘 要】
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TiC具有强度高、硬度高、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化性好以及化学稳定性良好等优点,被人们广泛应用于耐磨材料。但其存在断裂韧性差、摩擦系数较高以及制备困难等问题。近年来,相关研究大多数是通过添加粘结相和润滑相的方式来改善断裂韧性差和摩擦系数较高的问题,但综合性能的提升仍然不太理想。为此,本文采用放电等离子烧结方法制备出新型金属陶瓷复合材料,通过添加Ti3SiC2作为润滑相,高熵合金作为粘结相,使
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TiC具有强度高、硬度高、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化性好以及化学稳定性良好等优点,被人们广泛应用于耐磨材料。但其存在断裂韧性差、摩擦系数较高以及制备困难等问题。近年来,相关研究大多数是通过添加粘结相和润滑相的方式来改善断裂韧性差和摩擦系数较高的问题,但综合性能的提升仍然不太理想。为此,本文采用放电等离子烧结方法制备出新型金属陶瓷复合材料,通过添加Ti3SiC2作为润滑相,高熵合金作为粘结相,使其兼具陶瓷和金属的优点。从而,制备出工艺简单,综合性能良好的金属陶瓷复合材料。（1）以Ti3SiC2、TiC0.4、Co Cr Ni Fe Mn高熵合金粉末/Co、Cr、Ni、Fe和Mn金属粉末作为原料,研究烧结温度、Ti3SiC2-TiC0.4含量、混料方式对Ti3SiC2-TiC0.4-Co Cr Ni Fe Mn高熵合金复合材料以及混料方式对原位合成Ti3SiC2-TiC0.4-Co Cr Ni Fe Mn高熵合金复合材料性能的影响。研究发现,当烧结温度为1200℃、Ti3SiC2-TiC0.4含量为40 wt.%,混料方式为:球磨机转速300 r/min,球磨时间2 h,在空气中取料时,采用非原位合成工艺制备的Ti3SiC2-TiC0.4-Co Cr Ni Fe Mn高熵合金复合材料综合性能最佳。此时该复合材料的密度、致密度、维氏硬度、断裂韧性、抗折强度和室温抗压强度分别为5.61 g/cm~3、98.5%、1255 HV、5.7 MPa·m1/2、402 MPa和436 MPa。室温和500℃测试温度下,复合材料摩擦系数为0.60和0.55,磨损率为1.5×10-8mm~3/（N·m）和4.2×10-8mm~3/（N·m）。通过对试样的磨痕进行微观分析可知,室温磨损形式为粘着磨损,500℃磨损形式为磨粒磨损。复合材料从室温到500℃具有良好润滑特性原因为复合材料特殊的层状形貌以及氧化物润滑膜的共同作用。（2）以Ti3SiC2、TiC0.4、Al Zn Cu Fe Ti高熵合金粉末/Al、Zn、Cu、Fe和Ti金属粉末作为原料,研究混料方式对Ti3SiC2-TiC0.4-Al Zn Cu Fe Ti高熵合金复合材料以及混料方式对原位合成Ti3SiC2-TiC0.4-Al Zn Cu Fe Ti高熵合金复合材料性能的影响。研究发现当烧结温度为1200℃、Ti3SiC2-TiC0.4含量为40 wt.%,混料方式为:球磨机转速300r/min,球磨时间10 h,在空气中取料时,原位合成工艺制备的Ti3SiC2-TiC0.4-Al Zn Cu Fe Ti高熵合金复合材料综合性能最佳。此时该复合材料的密度、致密度、维氏硬度、断裂韧性、抗折强度和室温抗压强度分别为5.21 g/cm~3、97.2%、1107 HV、6.3 MPa·m1/2、208 MPa和633 MPa。室温和500℃测试温度下,复合材料摩擦系数分别为0.62和0.38,磨损率分别为1.1×10-8mm~3/（N·m）和9.8×10-9mm~3/（N·m）。通过对试样的磨痕进行微观分析可知,室温磨损形式为轻度的磨粒磨损,500℃磨损形式为粘着磨损。复合材料从室温到500℃具有良好润滑特性原因为复合材料特殊的层状形貌以及氧化物润滑膜的共同作用。
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