Ti3Si和Ti3SiC2納米材料的制備、表征及摩擦性能研究.pdf

1、本文利用機(jī)械合金化方法對(duì)Ti-Si納米晶、非晶等亞穩(wěn)態(tài)材料的制備工藝和反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行研究,首次合成出面心立方結(jié)構(gòu)的Ti3Si納米顆粒,并通過X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等測(cè)試手段對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、相演變過程及反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行探討。并將Ti3Si納米材料作為減摩添加劑,應(yīng)用于傳統(tǒng)的潤(rùn)滑油體系中,對(duì)其作為潤(rùn)滑油添加劑的摩擦學(xué)性能進(jìn)行研究。
　　 另外,本論文把正已烷(C6H14)摻入Ti-Si-C

2、三元粉末中先進(jìn)行機(jī)械合金化,以此來降低反應(yīng)合成的能壘,再摻入Al和NaCl為助劑進(jìn)行燒結(jié),以降低反應(yīng)合成的條件,合成出高純度的Ti3SiC2粉體；分別采用放電等離子燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法、真空燒結(jié)法和無壓燒結(jié)法成功合成出六方層狀Ti3SiC2納米片；研究了Ti3SiC2的反應(yīng)機(jī)理,并探討了其晶體生長(zhǎng)機(jī)制；對(duì)其作為潤(rùn)滑油添加劑的摩擦學(xué)性能進(jìn)行研究。
　　 主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　 (1)整個(gè)合金化過程經(jīng)歷了從非晶態(tài)到結(jié)晶態(tài)的過

3、程。根據(jù)X射線圖譜,通過計(jì)算機(jī)擬合出Ti3Si的晶體參數(shù),并經(jīng)過理論計(jì)算證明該Ti3Si原子團(tuán)為面心立方結(jié)構(gòu),從而得出了Ti3Si新相原子團(tuán)的排布圖。通過高分辨透射電鏡得到了Ti3Si納米顆粒的高分辨照片及選區(qū)電子衍射圖,這與X射線衍射方法得出的晶體結(jié)構(gòu)完全相符,驗(yàn)證了機(jī)械合金化100h后的Ti3Si原子團(tuán)屬于面心立方結(jié)構(gòu)。
　　 (2)將Ti3Si納米材料作為減摩添加劑,應(yīng)用于傳統(tǒng)的潤(rùn)滑油體系中,極大地改善了潤(rùn)滑油的摩擦性能。

4、添加有Ti3Si納米顆粒的潤(rùn)滑油在流體潤(rùn)滑區(qū)的減摩機(jī)理為,Ti3Si納米顆粒在摩擦表面接觸區(qū)域起到微滾動(dòng)作用,變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦。在邊界潤(rùn)滑區(qū),Ti3Si納米顆粒在高載荷的作用下表面外殼發(fā)生破裂,核內(nèi)部鈦溢出,在微凸體接觸區(qū)形成易剪切的軟金屬膜。硬度高的Ti3Si外殼在摩擦表面起到承載作用,同時(shí)減小接觸區(qū)域的粘著作用,從而達(dá)到減摩效果?；旌蠞?rùn)滑區(qū)是一個(gè)過渡區(qū)域,它的減摩機(jī)理是在靠近流體潤(rùn)滑區(qū)一端表現(xiàn)為微滾動(dòng)作用,而在靠近邊界潤(rùn)滑區(qū)表現(xiàn)

5、為低剪切應(yīng)力的金屬膜和高硬度的Ti3Si納米顆?？拐持饔?。
　　 (3)采用放電等離子燒結(jié)法制備Ti3SiC2納米片。研究表明:以Al和NaCl為助劑結(jié)合放電等離子燒結(jié)工藝可以顯著降低Ti3SiC2的合成制備溫度,其制備高純致密Ti3SiC2的燒結(jié)溫度是比傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝低100℃～300℃。
　　 (4)在1250℃氬氣氛圍下,利用鈦粉,硅粉,石墨,鋁粉末并添加氯化鈉的情況下,通過熱壓燒結(jié)合成出純相的Ti3SiC2納米

6、片材料。許多Ti3SiC2顆粒上生長(zhǎng)著形貌為標(biāo)準(zhǔn)的正六邊形幾何結(jié)構(gòu)的片狀晶粒,晶粒邊界清晰,表面光滑,薄片的厚度在納米級(jí)別,最薄處可達(dá)到5nm。
　　 (5)采用無壓燒結(jié)法制備Ti3SiC2納米片。樣品中出現(xiàn)大量的獨(dú)立六方片狀Ti3SiC2晶粒,這與熱壓燒結(jié)法合成出的片層堆垛的Ti3SiC2晶粒形貌不同。
　　 (6)Ti3SiC2二維成核的生長(zhǎng)機(jī)理被提出。該層晶體(002)面的生長(zhǎng)過程是由兩個(gè)不同的步驟組成的,即間歇的