TiCx-Fe基復(fù)合材料的制備以及摩擦性能的研究.pdf

1、為獲得一種耐磨的陶瓷增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料，本文從提高陶瓷增強(qiáng)相和鐵基體之間的潤濕性入手，運(yùn)用Ti3AlC2特殊的三元層狀結(jié)構(gòu)，原位熱壓制備了TiCx-Fe基復(fù)合材料，測試分析了復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)和彎曲、壓縮、拉伸、硬度等力學(xué)性能以及分別在干摩擦和潤滑摩擦條件下，摩擦系數(shù)、磨損率隨法向載荷和增強(qiáng)相含量的變化規(guī)律，同時分析了復(fù)合材料的磨損表面。研究結(jié)果表明:
　　(1)以Ti3AlC2粉（體積含量為10％～40％）和Fe粉作為原料，在Ar

2、氣保護(hù)下升溫至1400℃，保溫30min;再降溫至1250℃下加壓30Mpa，保溫保壓30min，從而制備復(fù)合材料。當(dāng)原料Ti3AlC2的體積含量從10％增加到40％時，Ti3AlC2都分解形成TiCx，而Al原子則擴(kuò)散進(jìn)入Fe基體中，進(jìn)而原位自生制備了增強(qiáng)相體積含量為(7.6％、15.61％、24.07％、33.47％)的TiCx-Fe基復(fù)合材料。從顯微結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，沒有明顯的缺陷出現(xiàn)。
　　(2)制備的7.6％TiCx-Fe基復(fù)

3、合材料具有優(yōu)異的塑性，在三點(diǎn)彎曲實(shí)驗中沒有被彎斷。在拉伸實(shí)驗中抗拉強(qiáng)度達(dá)到了419MPa，伸長率達(dá)到了6.82％;15.6％TiCx-Fe基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度達(dá)到了987MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到了518MPa，同時斷后延伸率也達(dá)到5.19％;觀察復(fù)合材料的拉伸斷口，也能發(fā)現(xiàn)很多韌窩和剪切脊，這說明TiCx-Fe基復(fù)合材料表現(xiàn)出了較高的強(qiáng)度以及較好的韌性。隨著增強(qiáng)相含量的提高，復(fù)合的脆性增強(qiáng)，在彎曲和壓縮實(shí)驗中均表現(xiàn)出了脆性斷裂，24.07％

4、TiCx-Fe的彎曲強(qiáng)度達(dá)到了786MPa,33.47％TiCx-Fe的壓縮強(qiáng)度達(dá)到了1356MPa，這主要?dú)w因于增強(qiáng)相顆粒與基體之間良好的界面結(jié)合。
　　(3)干摩擦條件下，速度為10m/s時，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)變化范圍為0.36～0.453;7.6％TiCx-Fe基復(fù)合材料的磨損率隨法向載荷的變化范圍為8.69×10-6mm3/N·m～19.25×106mm3/N·m，其它成分的復(fù)合材料的磨損率隨法向載荷的變化比較穩(wěn)定，并且保

5、持在一個相對較小的值;7.6％TiCx-Fe和24.07％TiCx-Fe基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨速度（5m/s～20m/s）的增大而減小，而磨損率隨速度的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢。這主要?dú)w因于磨損面上形成了一層氧化物薄膜。
　　(4)在潤滑摩擦條件下，速度為10m/s時，隨法向載荷的增大復(fù)合材料的摩擦系數(shù)先減小后保持相對穩(wěn)定，隨增強(qiáng)相含量的增多而變小，變化范圍為0.095～0.17;磨損率隨增強(qiáng)相含量的增大而減小，隨法向載荷的增大而增大