Ti3AlC2-ZA復(fù)合材料的制備及摩擦磨損性能研究.pdf

1、鋅鋁合金(ZA)因其優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨減摩性能和較低的原材料成本，被廣泛應(yīng)用于軸承、軸套、軸瓦等耐磨密封件，是一種很重要的滑動(dòng)軸承合金材料，但由于其耐溫性能差，在很大程度上限制了適用范圍。為了進(jìn)一步提高鋅鋁合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及耐溫性能，自上世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)外材料研究工作者發(fā)展了以多種陶瓷顆粒、晶須、纖維等為增強(qiáng)相的鋅基復(fù)合材料，但由于增強(qiáng)相與基體之間熱失配等原因，強(qiáng)化效果并不顯著。本論文選用Ti3AlC2顆粒為增強(qiáng)相對(duì)鋅鋁合金

2、進(jìn)行強(qiáng)化。Ti3AlC2綜合了金屬與陶瓷的優(yōu)異性能，可作為一種新型顆粒增強(qiáng)相用于強(qiáng)化鋅鋁合金，制備出性能更好的鋅基復(fù)合材料。本論文采用粉末冶金工藝制備了不同增強(qiáng)相含量的Ti3AlC2/ZA27復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的密度、硬度、抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、摩擦磨損性能及其影響因素，并利用XRD、SEM、EDS等手段對(duì)材料的組成與微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對(duì)復(fù)合材料的磨損機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　本文以Ti3AlC2粉和ZA27合金粉為原料，采用氣

3、氛保護(hù)無(wú)壓燒結(jié)工藝制備Ti3AlC2/ZA27復(fù)合材料。研究了工藝參數(shù)對(duì)材料制備和性能的影響。結(jié)果表明:隨著燒結(jié)溫度的升高，復(fù)合材料的相對(duì)密度從650℃時(shí)的85.72％升高到870℃的92.56％，硬度從650℃時(shí)的88.2HV升高到870℃的133.6HV;隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)合材料的相對(duì)密度和硬度均在保溫時(shí)間為150min時(shí)取得最大值92.65％和133.6HV。因此在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，復(fù)合材料的最佳工藝條件為:在氬氣保護(hù)下，按20℃/

4、min的升溫速率，升溫至870℃，保溫150min。
　　米用無(wú)壓燒結(jié)(870℃，150min，Ar氣氛)的方法制備了Ti3AlC2體積分?jǐn)?shù)為10～40 vol.％的Ti3AlC2/ZA27復(fù)合材料。研究了材料組分對(duì)材料性能的影響。結(jié)果表明:添加Ti3AlC2顆粒后，Ti3AlC2/ZA27復(fù)合材料表現(xiàn)出明顯的增強(qiáng)效應(yīng)。隨著Ti3AlC2體積含量的增加，Ti3AlC2/ZA27復(fù)合材料的維氏硬度從10vol％的96.7HV提高到4

5、0％的142.3HV，提高了47％; Ti3AlC2/ZA27復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)Ti3AlC2體積分?jǐn)?shù)為30％時(shí)，抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度同時(shí)達(dá)到最大值497.3MPa和294.7MPa。
　　Ti3AlC2/ZA27復(fù)合材料對(duì)45＃鋼油潤(rùn)滑滑動(dòng)摩擦?xí)r，表現(xiàn)出良好的摩擦學(xué)特性和耐磨性。在3m/s滑動(dòng)速度和0.6MPa法向載荷條件下，隨著Ti3AlC2顆粒體積含量的增加，復(fù)合材料的摩擦磨損性能不斷得

6、到改善，其中材料的摩擦系數(shù)從ZA27基體的0.2968減小到30vol％Ti3AlC2復(fù)合材料的0.1307，下降了56％;磨損率從ZA27基體的2.38×10-4 mm3/N·m減小到30vol％Ti3AlC2復(fù)合材料的0.93×10-4mm3/N·m，減小了60.9％。在ZA27基體中添加Ti3SiC2顆粒作對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在3m/s滑動(dòng)速度和0.6MPa法向載荷條件下，30vol％Ti3SiC2復(fù)合材料的摩擦系數(shù)僅降低了4.5％，磨損率