银基电接触材料具有优良的导电、导热性,低的接触电阻,较高的硬度和强度,良好的耐电弧侵蚀、抗熔焊性等性能,在分合电接触领域和滑动电接触领域都占据不可替代的重要地位,且应用十分广泛。三元层状化合物MAX相具有高弹性模量、屈服强度和断裂韧性,高熔点、良好的高温抗氧化性、导电、导热性,低的热膨胀系数,尤其是其独特的层状结构,能够起到减摩耐磨的作用,使得它成为银基电接触材料的理想增强相。本文提出三元层状碳化物Ti3AlC2作为银基电接触材料增强相的新体系,采用热压烧结工艺,通过有效控制Ti3AlC2/Ag界面结构,实现良好的界面结合,以制备综合性能优异的Ag/Ti3AlC2复合材料,并研究该材料的分合电接触性能和滑动电接触性能,探讨Ag/Ti3AlC2复合材料应用于环保型电接触材料的可能性。论文的研究内容和结果如下:1、分别在 750℃、800℃、850℃热压烧结制备了 Ag-30 vol.%Ti3AlC2 复合材料,物相和界面结构分析表明,Ti3AlC2/Ag界面反应机理为Ti3AlC2中的Al原子向Ag基体中扩散,界面反应和结构演变受温度控制。750℃热压烧结后,Ti3AlC2与Ag基体间形成宽约40 nm的非晶层;800℃热压烧结后,Ti3AlC2与Ag基体间形成含有TiC颗粒的界面反应层;850℃热压烧结后,Ti3AlC2剧烈分解生成TiC,长条状TiC与富Ag相交替排列,富Ag相中过饱和的Al以立方相μ-Ag3Al金属间化合物析出,且该析出物与Ag基体保持共格关系。力学和电学性能测试表明800℃热压烧结所得复合材料综合性能最佳。2、研究了塑性变形和退火处理对Ag/Ti3AlC2复合材料力学及导电性能的影响。结果表明:塑性变形过程中,Ti3AlC2颗粒在基体中的分布均匀性能够随着金属Ag基体的流动而得到改善,这对复合材料强度和导电性均有积极影响;塑性变形能导致Ag基体中产生位错等缺陷,起到强化基体的作用,提高了复合材料的强度;退火处理能消除材料内部缺陷,可以提高材料延伸率和导电性。3、将Ag/Ti3 AlC2复合材料与CuZn合金配对来进行摩擦磨损试验,研究载荷、速度和增强相含量对摩擦磨损性能的影响,并对磨损表面、磨屑形貌与成分进行表征,进而分析该摩擦副的磨损机制。在干摩擦条件下,复合材料中Ti3AlC2含量相同时,磨损率随着载荷的增加而增大,随着摩擦速度的升高而减小。在载荷、摩擦速度不变的情况下,Ti3AlC2体积分数越高,复合材料的磨损率越低。Ag/Ti3AlC2复合材料磨损表面由机械混合层和镶嵌磨粒的犁沟组成,该机械混合层主要为富铜锌相,并含有少量的Ag、Ti、Al、O等元素;磨屑成分主要由CuZn合金、Ag和少量的氧化物组成,由此分析出摩擦磨损主要为粘着磨损和磨粒磨损,并存在轻微的氧化磨损。在DC 24V、5A载流摩擦磨损条件下,Ag/Ti3AlC2复合材料的摩擦系数随载荷增加而增大,随摩擦速度增加而减小;磨损率随着载荷的增加而增大,随着摩擦速度的增加而增大。磨损表面有明显的粘着层、镶嵌磨粒的犁沟、电弧侵蚀坑和凝固粒子,磨屑的主要成分为Cu和Zn的氧化物,由此表明载流条件下摩擦磨损主要为氧化磨损和电弧侵蚀磨损,同时存在一定的粘着磨损和磨粒磨损。Ag基体中的Ti3AlC2颗粒未表现出类似石墨的自润滑性能,但高强度高硬度的Ti3AlC2颗粒在摩擦过程中起到承载作用,减轻了材料的粘着磨损,提高了材料的减摩耐磨性能。4、在DC 24 V、15 A条件下测试了 Ag/Ti3AlC2复合材料的电接触性能,并与商用电触头材料进行了对比,分析了 Ag/Ti3AlC2 触头的材料转移机制和电弧侵蚀机理。Ag/Ti3AlC2电触头的材料转移受电弧转移和熔桥转移双重材料转移机制控制,何种材料转移机制占主导地位,则取决于复合材料中Ti3AlC2含量大小:Ag-5 vol.%Ti3AlC2和Ag-10 vol.%Ti3AlC2两种触头,其材料转移机制主要为气体电弧主导的电弧转移机制,材料转移方向为阴极转向阳极;而Ag-15 vol.%Ti3AlC2和Ag-20 vol.%Ti3AlC2两种触头,材料转移主要方式为熔桥转移,材料转移方向为阳极转向阴极。Ag/Ti3AlC2触头的抗电弧侵蚀机理主要为Ti3AlC2分解消耗电弧能量和Ti3AlC2颗粒提高熔池黏度防止液滴飞溅。因此,Ag-5 vol.%Ti3AlC2与Ag-10 vol.%Ti3AlC2两种触头展现出良好的抗电弧侵蚀性能。然而,Ag-15 vol.%Ti3AlC2与Ag-20 vol.%Ti3AlC2两种触头在电弧作用下会出现Ti3AlC2聚集和表面结构分层,由此而引起的电弧能量集中和结构损耗导致这两种成分触头的材料损耗大幅增加。Ag-5 vol.%Ti3AlC2触头表现出与商用触头相当的电接触性能,且具有优异的塑性变形能力,两次退火之间的冷加工率达到28%,有利于进行塑性变形加工。