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MAX-TiCX-TiAl自润滑复合材料

TiAl基自润滑复合材料；MAX；TiCX；摩擦磨损

TiAl基自润滑复合材料具有低密度、高温抗氧化性和良好的阻燃性等优点，被认为是最有应用前景的新一代耐高温材料。近年来，TiAl基复合材料广泛应用在汽车及航空航天等工业领域，如排气阀、轴承、涡轮叶片、密封支架、框架等。但由于其高温抗氧化能力不足和高摩擦系数等缺陷，限制了其广泛应用。

本团队探讨了MAX-TiC_X材料和烧结参数对TiAl基自润滑复合材料物理性能、力学性能及摩擦磨损性能的影响，研究发现，TiAl基自润滑复合材料的硬度和致密度均随TiC_X含量、烧结温度、保温时间的增加及MAX粒度的减小而增加，随着MAX含量、升温速率的增加而减小。导热系数随着TiCX含量、MAX含量的增加和MAX粒度的减小而增加。抗压强度随着TiCX含量增加、MAX粒度的减小而增加，随着MAX含量的增加先增大后减小。TiAl基自润滑复合材料硬度为3.65-5.70 GPa，致密度为94.98-99.5 %，25 ℃时的导热系数为13.2-15.4 W/m·k，抗压强度为235-800 MPa，500 ℃时的导热系数为14-16.8 W/m·k，抗压强度为757-1248 MPa。得出TiAl基自润滑复合材料在TiCX添加量为15 wt.%、MAX添加量为20 wt.%、MAX粒度为180-380 μm、烧结温度为1100 ℃、升温速率为100 ℃/min、保温时间为10 min时综合性能最好，硬度为5.37 GPa，致密度为98.5 %，25 ℃和550 ℃时的导热系数分别是14.8 W/m·k和16.15 W/m·k，25 ℃和550 ℃时的抗压强度分别是747 MPa和1193 MPa。TiAl基自润滑复合材料在最佳条件时所采用的摩擦载荷为300 N、转速为200 r/min，此时复合材料在25 ℃时的摩擦系数和磨损率分别为0.460和0.095 mg/m，550 ℃时的摩擦系数和磨损率分别为0.405和0.015 mg/m。因此考察了摩擦条件对TiAl基复合材料摩擦磨损性能的影响，研究发现，TiAl基自润滑复合材料的摩擦系数随着载荷的增加先减小后趋于稳定，磨损率无明显改变；复合材料的摩擦系数和磨损率随着滑动速度的增加而减小。良好的摩擦学性能取决于室温下摩擦表面形成MAX润滑膜，550 ℃时会形成Fe-Ti-Al-Si-氧化物润滑膜，添加MAX的TiAl基自润滑复合材料在室温和550 ℃时的磨损形式主要为磨粒磨损和粘着磨损。在TiAl基复合材料中添加MAX和TiCX成功提高了TiAl复合材料的高温摩擦磨损性能，大大扩展了应用领域，使其更好地应用于高温耐磨件。