SPS制備致密Ti3SiC2-Al復(fù)合材料及其組織和性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，工程器械有時(shí)必須能在高溫、腐蝕、氧化等苛刻條件下正常運(yùn)行。金屬基固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生，此類材料不僅具有很高的強(qiáng)度、硬度，還具有良好的自潤(rùn)滑性能。其中，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料成本相對(duì)較低，原材料資源豐富，制備工藝簡(jiǎn)單，引起了材料各學(xué)科界的廣泛關(guān)注。選擇適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)顆粒與鋁基體結(jié)合可制備出性能優(yōu)異的復(fù)合材料，具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。本文以純Al為基體，選用兼具金屬和陶瓷特性的典型MAX相-Ti3SiC2作為外加固體潤(rùn)

2、滑組元。采用SPS放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備了Ti3SiC2/Al復(fù)合材料，通過(guò)測(cè)試樣品致密度、硬度、干摩擦系數(shù)和磨損量等研究評(píng)價(jià)了復(fù)合材料的性能，通過(guò)XRD物相分析、金相組織觀察、掃描電鏡和能譜分析研究了復(fù)合材料組織特征。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了SPS工藝參數(shù)對(duì)Ti3SiC2/Al復(fù)合材料組織性能的影響。在燒結(jié)溫度480-600℃、燒結(jié)時(shí)間5-15min、燒結(jié)壓力20-40MPa的試驗(yàn)條件下，主要物相組成為Ti3SiC2和

3、Al相，Ti3SiC2分布在晶界，未發(fā)生明顯特征的界面反應(yīng)。隨著燒結(jié)溫度和燒結(jié)壓力的增大，材料的致密度和硬度逐漸增大，摩擦系數(shù)和磨損量逐漸減??；隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，致密度和硬度呈先增大后減小，摩擦系數(shù)和磨損量呈先減小后增大的趨勢(shì)。燒結(jié)溫度為600℃、時(shí)間10min、壓力40MPa時(shí)，可獲得晶粒細(xì)小、組織成分均勻、孔隙率低、致密度好、硬度高和摩擦學(xué)性能良好的燒結(jié)試樣。⑵研究了Ti3SiC2含量對(duì)復(fù)合材料組織性能的影響。隨著Ti3SiC2質(zhì)

4、量分?jǐn)?shù)從0增加至50%，復(fù)合材料主要物相組成為Ti3SiC2、Al和少量的雜質(zhì)TiC相。Ti3SiC2含量較低時(shí)，復(fù)合材料的基體為Al相，Ti3SiC2主要分布在晶界。當(dāng)Ti3SiC2含量超過(guò)25wt.%時(shí)，Al相逐漸失去網(wǎng)狀連接的組織特征，大量的Ti3SiC2相在Al晶粒間聚集。隨著Ti3SiC2含量的增加，復(fù)合材料致密度先增大后降低，硬度逐漸提高，Ti3SiC2含量為10wt.%時(shí)，復(fù)合材料能獲得較高的致密度和硬度。⑶研究了Ti3S

5、iC2含量對(duì)復(fù)合材料摩擦磨損行為的影響。隨著Ti3SiC2含量的增加，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損量均先降低后增大。在Ti3SiC2含量為10wt.%時(shí)，復(fù)合材料能夠同時(shí)獲得較低的摩擦系數(shù)和磨損量。材料的初期磨損機(jī)制以粘著磨損為主伴隨一定的磨粒磨損，隨著摩擦作用的持續(xù)進(jìn)行，以粘著磨損為主逐漸轉(zhuǎn)變以磨粒磨損為主的混合磨損機(jī)制，Ti3SiC2在高速摩擦產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫下發(fā)生分解并被氧化，氧化產(chǎn)物為TiO2、SiO2等。⑷研究了10wt.%Ti3S