自蔓延高溫合成Ti3AlC2材料及其摩擦磨損性能研究.pdf

1、Ti3AlC2作為一種具有類似于金屬和陶瓷材料雙重特性的新型層狀材料，其可以替代傳統(tǒng)的陶瓷廣泛應(yīng)用于航空、航天、高速列車、軍工等領(lǐng)域。本文通過熱力學(xué)計(jì)算了自蔓延高溫合成Ti3AlC2材料的絕熱溫度(Tad)，并采用自蔓延高溫合成法成功的合成了高純度低氣孔率的塊狀Ti3AlC2材料，研究了原料摩爾配比(Al、TiC)對Ti3AlC2材料相組成的影響，利用XRD和EDS分析了材料的相組成及材料的斷口顯微結(jié)構(gòu);在合成高純度Ti3AlC2材料的

2、基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了壓坯密度、保護(hù)氣體壓強(qiáng)、Al和TiC含量對合成試樣氣孔率的影響，并且采用阿基米德排水法和X-射線衍射物相定量分析分別測量了其氣孔率和Ti3AlC2的百分含量;最后分析了Ti3AlC2百分含量對其硬度、彎曲強(qiáng)度和電導(dǎo)率的影響（純度范圍在50％～100％之間），研究了在不同載荷和轉(zhuǎn)速下Ti3AlC2材料的摩擦磨損性能，討論了Ti3AlC2材料在干摩擦條件下的磨損機(jī)理。本文主要的研究工作和獲得的結(jié)論如下:
　　(1)

3、通過熱力學(xué)計(jì)算出了Ti3AlC2自蔓延反應(yīng)體系的絕熱溫度(Tad)，即Tad≈2743K＞1800K，根據(jù)前人提出的經(jīng)驗(yàn)判據(jù)，當(dāng)Tad＞1800K時自蔓延反應(yīng)才能自我持續(xù)完成，從理論上對自蔓延高溫合成Ti3AlC2材料提供依據(jù)。
　　(2)以TiC、Ti、Al、C粉末為原料，采用自蔓延高溫反應(yīng)按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為TIC15％、Ti50％、Al28％、C7％的配比成功的合成了高純度的塊體Ti3AlC2材料，其純度可達(dá)96.76％，研究了T

4、iC含量對合成產(chǎn)物純度的影響，即當(dāng)TiC質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15％時，Ti3AlC2百分含量隨TiC含量的增加而增加;當(dāng)TiC質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15％時，Ti3AlC2百分含量隨TiC含量的增加而降低，反應(yīng)的最佳摩爾配比為0.5∶2∶2∶1。
　　(3)分析了壓坯密度、保護(hù)氣體壓強(qiáng)、Al和TiC含量對Ti3AlC2材料氣孔率的影響，結(jié)果表明:隨著壓坯密度和保護(hù)氣體壓強(qiáng)的增加，Ti3AlC2試樣的氣孔率呈現(xiàn)先急劇減小后趨于穩(wěn)態(tài)的趨勢;而隨著Al含

5、量的增加，Ti3AlC2試樣的氣孔率出現(xiàn)了一直增大的趨勢，隨著TiC含量的增加，Ti3AlC2試樣的氣孔率則出現(xiàn)了先減小后增大的趨勢，最終得到的最小氣孔率和最佳工藝為:最小氣孔率為11.12％、壓坯密度為65％、保護(hù)氣體壓強(qiáng)為5MPa。
　　(4)選用以摩爾比為n(TiC)∶n(Ti)∶n(Al)∶n(C)=y∶2∶x∶1(x，y=1，0;1.5，0;2，0.1;2，0.3;2，0.5)合成的試樣進(jìn)行了硬度、彎曲強(qiáng)度和電導(dǎo)率的測試

6、，分析了Ti3AlC2百分含量對其的影響，結(jié)果表明:隨著Ti3AlC2百分含量的增加，試樣的硬度、彎曲強(qiáng)度和電導(dǎo)率都呈現(xiàn)急劇增大的趨勢，當(dāng)Ti3AlC2百分含量為96.76％時，試樣的硬度、彎曲強(qiáng)度和電導(dǎo)率達(dá)到了最大值，其值分別為:162.2HB、321.6MPa、2.68×106S·m-1。
　　(5)當(dāng)載荷和轉(zhuǎn)速較小時，Ti3AlC2試樣的表面比較粗糙，與摩擦副對磨時兩者之間的有效接觸面較少，所以摩擦系數(shù)較高;而摩擦不太劇烈和