具有优异摩擦学特性的三元导电陶瓷Ti3AlC2

摘要

三元层状碳化物钛铝碳(Ti3AlC2)材料不仅具有陶瓷材料的轻比重,高强度和耐高温特性,同时具有金属的导电性。导热性,抗热震,可塑性和易加工性,因此适用于高速滑动接触导电的构件。本文主要研究了Ti3AlC2材料摩擦学行为及机理。用低碳钢盘为对摩体,试验在盘一块式摩擦试验机上进行；滑动速度为20～60 m/s,法向压强为0.2～0.8 MPa。结果表明,Ti3AlC2材料具有优异的摩擦学特性。在20 m/s滑动速度下其摩擦系数只有0.18,并且随着滑动速度的增加而降低,当滑动速度为60 m/s时甚至达到0.1之低。Ti3AlC2块的磨损率在20 m/s时从0.2 MPa下的1.25×10-6mm3/Nm逐步增大到0.8 MPa下的2.35×10-6mm3/Nm.而当速度增大到40 m/s和60m/s时,其磨损率基本保持在2.5×10-6mm3/Nm左右。如此低的摩擦系数及磨损率被证实与Ti3AlC2滑动表面的自润滑机制有关。SEM观察结果显示,在试验范围内的所有滑动速度和法向压强下,Ti3AlC2块及低碳钢盘摩擦表面都有明显的摩擦氧化层存在。EDS分析结果表明,该摩擦氧化层由TiAl和Fe的氧化物组成。摩擦氧化层的厚度约为0.5μm。此摩擦层在摩擦过程中呈粘性,其硬度远远小于Ti3AlC2基体,在摩擦过程中起到润滑剂的作用。