Ti3SiC2、不锈钢和NiCr合金在人工海水中的摩擦学性能

在SRV-1型摩擦磨损试验机上考察了Ti3SiC2、NiCr合金和不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM-EDS)及光电子能谱(XPS)对磨痕形貌及成分进行分析.结果表明:Ti3SiC2/Al2O3摩擦副的摩擦系数对摩擦条件变化不敏感,在液体介质中磨损稍有降低.3种摩擦条件下存在机械磨损和摩擦氧化磨损竞争,但机械磨损始终为主要磨损机制,因此摩擦和磨损较大.不锈钢/Al2O3和NiCr合金/Al2O3两摩擦副对摩擦条件变化较敏感,摩擦系数和磨损率在干摩擦、蒸馏水和海水中依次降低,其中NiCr合金降低幅度最大.干摩擦条件下两者以机械磨损为主要磨损机制,表现为黏着磨损和材料转移;蒸馏水中机械磨损和摩擦氧化磨损并存;海水中以腐蚀磨损为主导,腐蚀产物FeCl2、CrCl3或CrO22-或CrO42-等具有减摩抗磨作用.

熔盐法合成Ti3SiC2粉体

以NaCl为熔盐介质,利用熔盐法在真空条件下合成了Ti3SiC2粉体。研究了煅烧温度和原料中Si的含量对合成Ti3SiC2粉体成分及形貌的影响。研究发现使用熔盐法可以在相对较低的温度下合成的Ti3SiC2粉体,当Ti∶Si∶C的摩尔配比为3∶1.3∶2时,在1200℃保温2h可以获得质量分数为97%的Ti3SiC2粉体,且所获得粉体形貌较为均匀,无明显团聚现象。

Ti3SiC2-SiC复合材料的耐磨擦磨损性能

以商用硅粉、碳粉、钛粉以及少量的铝粉为原料,利用放电等离子烧结技术原位反应制备了Ti_3SiC_2-SiC复合材料.利用盘销式摩擦磨损实验机测试了Ti_3SiC_2-SiC复合材料的耐摩擦磨损性能.结果表明:随着SiC含量的增加,材料相对于硬化钢的摩擦系数和磨损系数均呈下降趋势,这表明SiC的引入提高了复合材料的抗摩擦磨损性能.Ti_3SiC_2单相材料摩擦系数在0.8～1.0之间,而Ti_3SiC_2-40vol%SiC复合材料在稳态下的摩擦系数达到了0.5,Ti_3SiC_2-40vol%SiC复合材料相对于Ti_3SiC_2单相材料的磨损系数下降了一个数量级.Ti_3SiC_2-SiC复合材料的高抗磨损性归因于磨损类型的改变以及SiC良好的抗氧化性能.

机械合金化合成Ti3SiC2导电陶瓷的形貌特征研究

以Ti、Si、C单质为原料,添加微量的Al为助剂,采用高能球磨的方法合成了以Ti3SiC2为主相、含有一定量的TiC等杂质的混合粉体。球磨8h后,得到了相对纯度较高的Ti3SiC2粉体;同时,在粉体中发现了直径为0.5～1cm扁平的坚硬块体。采用XRD和SEM分析了混合粉体和小块体中Ti3SiC2等组成相的形貌特征。通过分析在不同时间内制备的粉体Ti3SiC2的成分变化和块体断口形貌,发现了Ti3SiC2的块体产物断口表面具有"鸟巢状结构"特征,并对具有该特征的Ti3SiC2块状产物的生成过程进行了讨论。

原位合成Ti3SiC2/SiC复合材料及其显微组织的观察

利用Si和TiC原位反应合成了Ti3SiC2/SiC复合材料.研究了不同烧结工艺参数和原料配比对形成复合材料的影响.利用X-射线衍射分析了材料的物相组成.所合成的材料中除Ti3SiC2和SiC外,还有TiC存在.利用扫描电镜和透射电镜观察了材料的微观组织,发现生成的SiC颗粒呈棒状和等轴状分布于Ti3SiC2基体中.在Ti3SiC2晶粒内部存在大量的位错和层错.

放电等离子烧结工艺合成Ti3SiC2材料

以铝为助剂结合放电等离子烧结工艺,在较低温度下快速制备出高纯致密Ti3SiC2块体材料。掺加适量铝能加快Ti3SiC2的反应合成,提高制备材料的纯度,并促进Ti3SiC2晶体的生长和材料的快速烧结致密。在升温速率为80℃/min,z轴压力为30MPa时,材料制备的最佳温度为1250-1300℃。所制备材料经XRD、SME和EDS分析表明不含TiC和SiC等杂质相,Ti3SiC2为5-15μm的板状结晶,断裂韧性为6.8±0.2MPa.m1/2,弯曲强度为420±10MPa。

Ti3SiC2系材料干滑动摩擦的稳定性

根据先前提出的理论模型,对Ti3SiC2和Ti3AlC2材料与低碳钢摩擦行为的载荷依赖稳定性进行观察和分析.试验在盘-块式高速摩擦实验机上进行;滑动速度20 m/s,法向压强0.2 MPa～0.8 MPa.结果表明,不论Ti3SiC2还是Ti3AlC2,在每个摩擦过程中,摩擦系数都经历一个从初始值迅速增大的过渡期,而后进入相对稳定期.整个摩擦系数曲线呈随机波动,其相对稳定期的随机波动行为服从正态分布.2种材料摩擦系数的标准偏差都随着压力的增大而减小.Ti3SiC2相对稳定期的摩擦系数随着法向压强的增大缓慢减小,而Ti3AlC2的摩擦系数基本保持不变.此现象与这2种材料表面形成的摩擦层的润滑作用随压力产生不同变化密切相关.

3Ti/Si/2C/0.2Al粉体在空气中燃烧合成Ti3SiC2

采用机械活化的3Ti/Si/2C/0.2Al单质粉体为原料,在空气中发生自燃反应,成功地合成了Ti3SiC2基材料.采用XRD、SEM和EDS等手段,分析了合成产物的相组成和微观结构特征.结果表明,机械合金化3Ti/Si/2C/0.2Al单质混合粉体,不仅细化了粉体颗粒,而且产生严重的晶格畸变,从而明显提高了粉体的反应活性.把机械活化的粉体暴露在空气中,会发生剧烈的燃烧反应,并引发自蔓延反应,合成Ti3SiC2,冷却后变成多孔块体产物.燃烧产物由Ti3SiC2、TiC和微量氧化物组成.产物中Ti3SiC2含量约为83wt%.产物表层比较致密和均匀,而内部则粗糙且多孔.产物的表面是以Al2O3和TiO2为主相的氧化膜,氧化物颗粒大小约为2~4μm.氧化膜厚度约为5~10μm,比较致密.内部为Ti3SiC2和TiC材料,板条状Ti3SiC2晶粒长约20~40μm,宽约2~4μm,发育完善.粒状TiC晶粒大小约为3μm.

TiCx在Ti3SiC2母相上的析出

从ＴｉＣ和Ｔｉ３ＳｉＣ２的晶体结构出发，分析了析出的ＴｉＣｘ晶粒与Ｔｉ３ＳｉＣ２晶粒的位相匹配关系和析出行为，研究了ＴｉＣｘ晶粒的析出对Ｔｉ３ＳｉＣ２材料力学性能的影响。研究发现，ＴｉＣｘ在Ｔｉ３ＳｉＣ２的基面上析出，二者之间的界面分别为ＴｉＣｘ和Ｔｉ３ＳｉＣ２中Ｔｉ原子的密排面，而且错配度较低。从ＴｉＣｘ与Ｔｉ３ＳｉＣ２晶粒的位相匹配关系，推断出ＴｉＣｘ｛１１１｝∥Ｔｉ３ＳｉＣ２｛０００１｝、ＴｉＣｘ｛１１１｝∥Ｔｉ３ＳｉＣ２｛２０２＾－５｝、ＴｉＣｘ｛００１｝∥Ｔｉ３ＳｉＣｚ｛１０１＾－５｝。ＴｉＣｘ相的析出会降低Ｔｉ３ＳｉＣ２材料硬度和韧性。

电弧熔炼合成Ti3SiC2／TiC复合物的微观组织和高温弯曲强度

用电弧熔炼工艺通过高温液态反应原位合成了Ti3SiC2/TiC复合物。微观组织分析表明,TiC与Ti3SiC2形成复相晶粒结构。随着Si含量的增加,在1100℃,Ti3SiC2/TiC复合物的弯曲强度从177 MPa降到92 MPa;复相晶粒结构和TiC的颗粒增强机制的协同作用是高温弯曲强度提高的主要原因。

Ti3SiC2晶粒生成模型

提出了关于Ｔｉ３ＳｉＣ２晶粒生长的模型。在Ｔｉｓ３ＳｉＣ２晶粒的生长中，Ｔｉ６Ｃ八面体可以作为一个独立的生长单元，Ｔｉ６Ｃ八面体的联接方式（如共面，共梭、共顶）将会对Ｔｉ３ＳｉＣ２的生长形貌和生长行为产生很大的影响。这个模型可以解释有关Ｔｉ３ＳｉＣ２生长形貌的许多现象，如在使用ＣＶＤ法制备Ｔｉ３ＳｉＣ２时出现的｛１１２＾－０｝织构。

Ti3SiC2材料中Ti3SiC与TiC的界面关系

用透射电子显微镜研究了Ｔｉ３ＳｉＣ２材料中Ｔｉ３ＳｉＣ２与ＴｉＣ的界面关系。结果表明ＴｉＣ和Ｔｉ３ＳｉＣ２颗粒都可能生长在另一相中，Ｔｉ３ＳｉＣ２中的ＴｉＣ颗粒与Ｔｉ３ＳｉＣ２没有明显的晶体学关系，而ＴｉＣ中的Ｔｉ３ＳｉＣ２与ＴｉＣ之间有下列晶体学关系，（１１１）ＴｉＣ／／（０００１）Ｔｉ３ＳｉＣ２，（００２）ＴｉＣ／／（１ １＾－０４）Ｔｉ３ＳｉＣ２，（１ １＾－０）ＴｉＣ／／「１１０」Ｔｉ２ＳｉＣ２。

Mo掺杂对Ti3SiC2陶瓷制备与摩擦学性能的影响

利用热压烧结工艺制备出了不同Mo掺杂量Ti3SiC2基复合材料,并研究了材料的物相组成、力学性能以及摩擦学性能。结果表明,Mo掺杂影响了原材料体系中Ti3SiC2的生成,Mo掺杂的样品主要由TiC、(Ti0.8Mo0.2)Si2和Mo4.8 Si3C0.6等相组成;随着掺杂量的提高,材料的密度、维氏硬度以及抗弯强度均呈现先增加后减小的趋势,掺杂16.67 at%Mo的样品拥有最优的综合力学性能;与未掺杂Mo的样品相比,Mo掺杂量为8.33 at%和16.77 at%的样品由于硬质相的出现,拥有较低的磨损率,但其摩擦系数相对较高.掺杂量为25 at%和33.33 at%的样品拥有较低的摩擦系数,但由于样品致密度较差而表现出较高的磨损率.

Cu/Ti3SiC2复合材料的制备及微观结构

Ti3SiC2是一种新型的结构陶瓷材料,有诸多优异性能。Cu具有优良的导电和导热性能,耐压性能好且能分流,但有不能抗熔焊缺陷,利用Cu和Ti3SiC2组成复合材料,有望成为新型电接触材料。本文采用Cu粉为基体,Ti3SiC2粉为增强相,采用热压烧结方法制备的Cu/Ti3SiC2复合材料,显微分析观察其组织均匀,团聚少,综合性能较好,在电接触材料中有着巨大的应用前景。通过比较不同烧结温度下制备的样品,发现温度高于750℃,Cu和Ti3SiC2会发生反应,有TiSi2等杂质产生,因此烧结温度为750℃最好。通过对不同体积配比烧结而成的Cu/Ti3SiC2材料性能测试,结果表明:材料的致密度和抗弯强度随着Ti3SiC2含量增加而下降。抗弯断裂后的断口形貌经SEM分析,当Ti3SiC2含量低时,断口呈均匀分布的韧窝;当Ti3SiC2含量增加时,断口呈穿晶断裂形态,使得复合材料弯曲强度较高且呈脆性断裂。

Ti3SiC2/HAp陶瓷复合材料力学性能研究

以Ti3SiC2(10%～50%,体积分数)和HAp粉为原料,采用等离子体放电烧结(SPS)方法,在外加应力60 MPa,烧结温度1200℃条件下,制备了Ti3SiC2/HAp陶瓷复合材料.研究了Ti3SiC2含量对复合材料的硬度、抗弯强度、断裂韧性等力学性能的影响.实验结果表明,随Ti3SiC2含量的变化,复合材料的强度和韧性均得到了提高和改善.分析认为,Ti3SiC2材料的微观结构特征和增韧机制起到了重要作用.

氟化物添加剂对低温合成Ti3SiC2的影响

主要研究了氟化物添加剂种类对低温合成Ti3SiC2的影响.以Ti粉、Si粉及碳黑3种元素粉为原料,氟化物(CaF2,NaF或YF3)为烧结助剂,通过固液相反应烧结法在1200C左右制备出了Ti3SiC2粉料.研究发现烧结助剂种类对合成Ti3SiC2粉料的纯度有很大的影响,其中以添加CaF2烧结助剂合成出的Ti3SiC2粉料纯度最高.

304不锈钢表面激光制备Ti3SiC2-Ni基自润滑复合涂层的高温摩擦学性能

目的提高304不锈钢减摩耐磨性能。方法使用LDM-8060型半导体激光加工系统,制备出三种不同配比的Ti3SiC2-Ni基自润滑耐磨复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)对304不锈钢与Ti3SiC2-Ni基涂层进行表征,并系统地分析其在室温和600℃下的摩擦学性能和磨损机理。结果复合涂层主要由Cr0.19Fe0.7Ni0.11固溶体,硬质相Fe2C、Cr7C3和TiC,润滑相Ti3SiC2组成。其平均显微硬度分别为451.14、419.33、359.92HV0.5,明显高于304不锈钢基体的平均显微硬度(238.91HV0.5)。室温下,Ti3SiC2-Ni基复合涂层摩擦系数的平均值分别为0.41,0.46和0.48,磨损率分别为6.37×10^−5、16.52×10^−5、4.16×10^−5 mm^3/(N·m),均低于304不锈钢(0.56、46.35×10^−5 mm^3/(N·m))。在600℃下,Ti3SiC2-Ni基复合涂层的平均摩擦系数分别为0.38,0.43和0.41,磨损率分别为12.51×10^−5、7.58×10^−5、7.79×10^−5 mm^3/(N·m),也均低于304不锈钢(0.66,24.25×10^−5 mm^3/(N·m))。结论在室温和600℃下,Ti3SiC2-Ni基复合涂层能有效地提高304不锈钢的显微硬度,进而提升其摩擦学性能。其中添加10%Ti3SiC2的Ti3SiC2-Ni基复合涂层在600℃下表现出最好的耐磨性,而添加5%Ti3SiC2的Ti3SiC2-Ni基复合涂层在室温和600℃下表现出最好的减摩性能。

三元层状固体润滑Ti3SiC2复合材料的制备与摩擦学研究进展

Ti3SiC2作为一种新型的陶瓷材料,兼具金属和陶瓷的双重性能,同时也由于具有良好的导电导热性、低密度、机械可加工性、优异的抗热震性能、高熔点、高热稳定性、耐高温氧化、耐腐蚀性能,近年来受到了越来越多研究者的关注。首先介绍了Ti3SiC2内部晶体学结构,指出其与二元碳化物TiC有着紧密的晶体学关系,接着详细叙述了各种Ti3SiC2制备工艺及其复合材料的研究现状,阐述了化学气相沉积(CVD)、磁控溅射(MS)、脉冲激光沉积(PLD)、自蔓延高温合成(SHS)、热等静压(HIP)、热压烧结(HP)、火花等离子烧结(SPS)等技术在制备Ti3SiC2及其复合材料方面的优点和不足。随后重点分析了温度、滑动速度、载荷、添加组分含量、对偶材料种类和润滑环境等因素对Ti3SiC2及其复合材料摩擦学性能的影响。最后总结了在Ti3SiC2及其复合材料研究中存在的一些问题,并指出进一步提高摩擦磨损性能,添加多元增强相,改进现有技术以及采取新型制备工艺,是未来发展的重要方向。

耐亚临界水腐蚀Zr掺杂Ti3SiC2陶瓷的性能

采用热压法合成了掺Zr的MAX相(Ti(1-x)Zrx)3SiC2陶瓷(纯度约97%,杂质为TiC),以提高Ti3SiC2的耐亚临界水腐蚀性能。去离子水中360℃条件下腐蚀后,在(Ti(1-x)Zrx)3SiC2陶瓷表面形成钝化的腐蚀层,外层为TiO2,内层为TiO2和ZrO2组成的混合物。随着Zr掺杂量的增加,(Ti(1-x)Zrx)3SiC2陶瓷表面腐蚀氧化层越来越薄,当Zr掺杂量为15%(物质的量百分数)时,(Ti(1-x)Zrx)3SiC2陶瓷的质量变化最小,腐蚀后氧化膜的厚度最薄。经过200 h腐蚀后,厚度为12μm,Zr含量为15%时,力学性能和热学性能指标最好,致密度最高达到了97.98%,Ti3SiC2陶瓷的硬度为3.2 GPa,抗弯强度为(479.673±10.012)GPa,热导率为33.93W/(m∙K)。

不同碳原子数及羟基数醇中Ti3SiC2/Si3N4摩擦副的摩擦学性能

Ti3SiC2和Si3N4等陶瓷材料是一种潜在的生物燃料发动机及功能性运动部件材料,为研究其在醇类生物燃料及润滑剂中的摩擦学性能,利用往复式摩擦试验机研究Ti3SiC2/Si3N4摩擦副在不同碳原子数直链醇(乙醇、丁醇、辛醇和十二醇)和不同羟基数醇(乙二醇和丙三醇)液体介质中的摩擦学性能。结果表明:Ti3SiC2/Si3N4在醇介质中的摩擦因数随碳原子数和羟基数的增加而减小,总体平均摩擦因数在0.06~0.11范围内变化,但丁醇中摩擦因数最高,为0.25;Ti3SiC2/Si3N4配副的磨损率均随碳原子数和羟基数的增加而减小,Ti3SiC2的磨损率在4.48×10^-7~9.33×10^-9 mm^3/(N·m)范围内变化,Si3N4的磨损率在4.05×10^-6~2.91×10^-7 mm^3/(N·m)之间变化,其中在辛醇和十二醇中几乎没有磨损。研究表明:在醇介质中Ti3SiC2/Si3N4摩擦副的摩擦状态属于边界润滑状态,摩擦界面微凸体和磨屑的犁沟效应是造成高摩擦的主要原因;摩擦化学反应是Ti3SiC2/Si3N4在醇介质中的摩擦行为的一个特点,摩擦化学磨损和磨粒磨损是材料磨损的主要机制;链长越长、羟基越多,醇的黏度越大,承载能力越强,犁沟效应和磨粒磨损降低,摩擦因数和磨损率也降低。