反應(yīng)燒結(jié)法制備Ti3AlC2材料及其摩擦磨損性能研究.pdf

1、本文以Ti、Al、C粉為原料采用反應(yīng)燒結(jié)法制備Ti3AlC2材料，研究燒結(jié)工藝參數(shù)(包括燒結(jié)溫度、不同Al含量、保溫時(shí)間)對(duì)試樣的純度及氣孔率的影響。利用X-射線衍射物相定量分析測(cè)得Ti3AlC2百分含量，采用阿基米德排水法測(cè)得試樣的氣孔率。得出：按照n(Ti)：n(Al)：n(C)=3:1.2:1.8的配比進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，在1300℃下燒結(jié)0.5h，能夠制備出高純致密的Ti3AlC2材料，測(cè)得試樣中Ti3AlC2的百分含量為94.6wt

2、％，氣孔率為9.4vol％，表明此工藝是合成Ti3AlC2材料的最佳工藝參數(shù)。
　　 利用差熱分析對(duì)Ti、Al、C粉在升溫過程中的各相態(tài)變化進(jìn)行研究，并結(jié)合熱力學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步分析合成Ti3AlC2材料的反應(yīng)機(jī)理。得出合成Ti3AlC2的反應(yīng)是固-液反應(yīng)：在燒結(jié)溫度達(dá)到660℃時(shí)，鋁開始熔化，Al粉熔化后與Ti反應(yīng)生成TiAl3，之后TiAl3再繼續(xù)與Ti反應(yīng)生成TiAl，并進(jìn)一步生成Ti3Al，同時(shí)，Ti熔解在Al熔液中并移動(dòng)到

3、碳表面，反應(yīng)生成TiC，TiC再與Ti-Al化合物反應(yīng)合成Ti3AlC2。
　　 Ti3AlC2塊體材料的力學(xué)性能研究表明：試樣中Ti3AlC2的百分含量和氣孔率是制約其硬度和彎曲強(qiáng)度的重要因素。隨著試樣中Ti3AlC2含量的增加，試樣的硬度和彎曲強(qiáng)度也隨之增加。當(dāng)Ti3AlC2含量為94.6wt％，氣孔率為9.4vol％時(shí)，試樣的硬度和彎曲強(qiáng)度分別為165.5HB和321.6MPa。
　　 在干摩擦過程中，Ti3AlC

4、2材料的摩擦系數(shù)隨著載荷和轉(zhuǎn)速的增大均呈下降趨勢(shì)，而磨損率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。Ti3AlC2材料良好的干摩擦磨損性能主要?dú)w因于其摩擦表面存在的具有良好潤(rùn)滑作用的氧化物薄膜。當(dāng)載荷較小時(shí)，Ti3AlC2材料的磨損以磨損面的解理流變和粒子脫落造成的磨粒磨損為主；而載荷較大時(shí)，其磨損機(jī)理以輕微劃痕和輕微粘著磨損為主。在載流摩擦過程中，相同載荷和轉(zhuǎn)速時(shí)，Ti3AlC2材料的摩擦系數(shù)和磨損率明顯高于非載流時(shí)的摩擦系數(shù)和磨損率，且電流密度越大，對(duì)材料的摩