SPS制備致密Ti3SiC2-Al復合材料及其組織和性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，工程器械有時必須能在高溫、腐蝕、氧化等苛刻條件下正常運行。金屬基固體自潤滑復合材料應運而生，此類材料不僅具有很高的強度、硬度，還具有良好的自潤滑性能。其中，顆粒增強鋁基復合材料成本相對較低，原材料資源豐富，制備工藝簡單，引起了材料各學科界的廣泛關注。選擇適當?shù)脑鰪婎w粒與鋁基體結合可制備出性能優(yōu)異的復合材料，具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻们熬?。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

2、滑組元。采用SPS放電等離子燒結技術制備了Ti3SiC2/Al復合材料，通過測試樣品致密度、硬度、干摩擦系數(shù)和磨損量等研究評價了復合材料的性能，通過XRD物相分析、金相組織觀察、掃描電鏡和能譜分析研究了復合材料組織特征。
　　本研究主要內容包括：⑴研究了SPS工藝參數(shù)對Ti3SiC2/Al復合材料組織性能的影響。在燒結溫度480-600℃、燒結時間5-15min、燒結壓力20-40MPa的試驗條件下，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。隨著燒結溫度和燒結壓力的增大，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??；隨著燒結時間的延長，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。燒結溫度為600℃、時間10min、壓力40MPa時，可獲得晶粒細小、組織成分均勻、孔隙率低、致密度好、硬度高和摩擦學性能良好的燒結試樣。⑵研究了Ti3SiC2含量對復合材料組織性能的影響。隨著Ti3SiC2質

4、量分數(shù)從0增加至50%，復合材料主要物相組成為Ti3SiC2、Al和少量的雜質TiC相。Ti3SiC2含量較低時，復合材料的基體為Al相，Ti3SiC2主要分布在晶界。當Ti3SiC2含量超過25wt.%時，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，復合材料致密度先增大后降低，硬度逐漸提高，Ti3SiC2含量為10wt.%時，復合材料能獲得較高的致密度和硬度。⑶研究了Ti3S

5、iC2含量對復合材料摩擦磨損行為的影響。隨著Ti3SiC2含量的增加，復合材料的摩擦系數(shù)和磨損量均先降低后增大。在Ti3SiC2含量為10wt.%時，復合材料能夠同時獲得較低的摩擦系數(shù)和磨損量。材料的初期磨損機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)進行，以粘著磨損為主逐漸轉變以磨粒磨損為主的混合磨損機制，Ti3SiC2在高速摩擦產生的瞬時高溫下發(fā)生分解并被氧化，氧化產物為TiO2、SiO2等。⑷研究了10wt.%Ti3S