晶间强化Ti3SiC2基复合材料摩擦学性能研究

In light of the weak intergranular combination and the pullout and decoherence of grains that leads to the poor wear resistance of Ti3SiC2, the Ti3SiC2 composites with admirable mechanical and tribological properties will be prepared by chemically coating metal, Cu and Ag et al. on Ti3SiC2 grains and subsequently strengthening by lubricating and antiwear components. The designing principle of Ti3SiC2 based composites is based on the intergranular strengthening effect and the simultaneous optimization of both lubrication and wear resistance and mechanics. The formation mechanism of intergranular strengthening interface and intergranular strengthening effect will be investigated. The influence of intergranular strengthening effect on the mechanical and tribological properties of Ti3SiC2 composites will be studied. The matching and synergistic effect of solid lubricates and antiwear components, and the compatibility and interactions of Ti3SiC2 matrix with the adding components will be investigated. The tribological behavior of intergranular strengthening Ti3SiC2 composites will be investigated. The mechanisms of intergranular strengthening and lubrication and antiwear of the composites will be revealed. The designing principles of components and the method of the preparing process for self-lubricating and antiwear Ti3SiC2 based composites will be proposed. The project will give theoretical basis and technical support for the development of new integrated high-performance material with self lubrication and wear resistance.

本项目针对Ti3SiC2晶体结构中晶间结合弱、晶粒易拔出脱落造成的Ti3SiC2材料摩擦磨损性能差的问题，按照晶间强化效应和润滑抗磨性与力学性能同步优化提高的设计原则，拟采用Cu、Ag等金属包覆Ti3SiC2颗粒和润滑与耐磨相强化两步法制备摩擦学和力学协调统一的Ti3SiC2基复合材料。研究金属与Ti3SiC2晶间强化界面形成机制、晶间强化效应机理及其对材料摩擦学性能和力学性能的影响机制。考察复合材料中固体润滑、耐磨组元之间的匹配性和协同效应以及与Ti3SiC2基体的相容性和相互作用，研究晶间强化Ti3SiC2基复合材料摩擦学行为规律，揭示晶间强化效应机理和润滑耐磨机制。提出高性能Ti3SiC2自润滑抗磨复合材料的组分设计原则和制备工艺控制方法，为发展新型综合性能优异的自润滑抗磨材料和技术提供理论依据和技术支持。

Ti3SiC2晶体结构中晶间结合较弱、晶粒易拔出脱落，从而造成Ti3SiC2材料摩擦磨损性能较差，本项目按照晶间强化效应和润滑抗磨性与力学性能同步优化提高的设计原则，采用Cu、Ag等金属强化Ti3SiC2材料，制备摩擦学和力学协调统一的Ti3SiC2基复合材料，考察物相成分、微观结构等对材料力学和摩擦学性能的影响，研究晶间强化Ti3SiC2基复合材料摩擦学行为规律，揭示晶间强化效应机理和润滑耐磨机制。本项目的实施得到以下主要结果：（1）发现所添加的金属相，如果能与Si元素生成金属-Si金属间化合物，例如金属Cu，则少量金属的添加即能造成Ti3SiC2基体的严重分解；反之，如果金属不能与Si反应生成金属间化合物，则能成功制备不同金属含量的Ti3SiC2-金属复合物；（2）利用粉末冶金放电等离子烧结技术制备了不同种类的Ti3SiC2-金属复合物，产物中不同程度含有TiC，金属-Si等金属间化合物，但总体物相分布均匀，组织致密，结构稳定；（3）金属相以及增强相的添加，一方面不同程度地提高了Ti3SiC2材料的硬度、抗弯强度、压缩强度等力学性能，另一方面也不同程度地提高了Ti3SiC2基体的抗磨性能；（4）提出了金属相增强Ti3SiC2基体的增强机理为硬质相丁扎Ti3SiC2软基体，分散剪切应力，增强材料耐磨性。本项目的研究内容属于摩擦学研究的基础和前沿领域，项目实施在丰富Ti3SiC2及其复合材料摩擦学行为的研究和深化磨损表面材料强化和损伤机理的理解方面起到了重要作用，同时对Ti3SiC2的实际摩擦学应用及新型摩擦材料的设计有一定指导作用。