| 可加工陶瓷 Ti3AlC2 的制备及摩擦学性能研究 | |
马吉强
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| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 刘维民 ; 杨军 |
| 2013-06-01 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | Max相 Ti3alc2 Ti3alc2/ag 摩擦学性能 自润滑机理 Max Phases Tribological Properties Self-lubricating Mechanism |
| Abstract | 本论文综述了可加工 MAX 相陶瓷 Ti3AlC2 的结构特征、制备和性能以及MAX相材料的摩擦学研究进展。利用真空热压烧结技术制备了块体Ti3AlC2 材料，研究了其相组成、微观结构和室温力学性能，系统研究了其在真空、室温至高温下的摩擦磨损行为规律，探讨了不同摩擦对偶对其摩擦磨损性能的影响。通过添加Ag改善Ti3AlC2 的自润滑性能，制备了Ti3AlC2-Ag复合材料并初步研究了其摩擦磨损性能。主要结果和结论如下： 1. 利用真空热压烧结技术制备了较高纯度和致密度的Ti3AlC2 块体材料，其相组成为98 wt.%的Ti3AlC2 及少量的TiC，显微结构照片显示其具有纳米层状结构，弯曲强度为395 MPa，压缩断裂强度为750 MPa，显微硬度为 5.25 GPa。 2. 在2×104 -5.0 Pa的真空范围内，Ti3AlC2材料表现出低摩擦系数（0.18-0.20）和极其轻微的磨损，显示出良好的自润滑性能。如报道的其它 MAX 相材料一样，空气中Ti3AlC2 材料的摩擦系数从0.2逐渐上升至0.7左右。真空度超过0.1 Pa 后Ti3AlC2 材料的摩擦系数迅速上升至0.8左右。因此，提出了Ti3AlC2 的自润滑性能源于其本身的层状结构特征，而不是文献报道的由于摩擦表面形成的氧化物所致，其润滑机制和石墨类似，这对于进一步理解层状结构固体的润滑机理具有重要启示。 3. 室温至 1000 °C 范围内，Ti3AlC2/SiC 摩擦副表现出 3 种不同的摩擦学行-4为特征，室温下稳定阶段的摩擦系数较低，约为 0.34，磨损率约为 2.5×10-4 mm3 /N m。200-400 °C范围内摩擦系数和磨损率分别高达1.21和10-3 mm3 /N m量级。在600-1000 °C范围内，摩擦系数为0.56-0.75，而Ti3AlC2 的磨损率非常低，约为10-6 mm3 /N m量级。低磨损率主要归因于摩擦表面形成了致密的氧化物保护层，磨损机制为氧化磨损，其在高温阶段优异的抗磨损性能，意味着Ti3AlC2 具有作为高温抗磨损材料的良好前景。 4. 研究了对偶材料对 Ti3AlC2 的摩擦学性能影响。Ti3AlC2/SiC 和Ti3AlC2/AISI 52100 摩擦副表现出较低的摩擦系数，分别为 0.33 和 0.34。而Ti3AlC2/Al2O3 和Ti3AlC2/Si3N4 摩擦副的平均摩擦系数则分别高达0.77和0.75。和AISI 52100钢配副时Ti3AlC2 的磨损率最低，而与Al2O3 和Si3N4 配副时的磨损率均相当高，与SiC 配副时的磨损率略低于与Al2O3 和Si3N4。Ti3AlC2/SiC和Ti3AlC2/AISI 52100 摩擦副较低的摩擦系数是由于摩擦过程中仅有部分的磨损表面被形成的氧化物所覆盖。Ti3AlC2 的摩擦学性能不仅和其本身的晶体结构、化学成分、摩擦学特征有关，而且和对偶材料的种类和力学性能密切相关。 5. 为了改善Ti3AlC2 的自润滑性能，制备了不同Ag含量的Ti3AlC2/Ag复合材料，当Ag含量达到10 wt.%时，能显著改善Ti3AlC2 材料在室温大气下的自润滑性能，并且不受对偶材料的影响，摩擦系数约为0.16。 |
| Funding Project | 空间润滑材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/5529 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 马吉强. 可加工陶瓷 Ti3AlC2 的制备及摩擦学性能研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
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