Ti3SiC2复合材料耐磨性能研究*

2020-01-13袁东方李艳国王明智

金刚石与磨料磨具工程 2019年6期

袁东方，邹芹, ，李艳国，王明智

(1. 燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛 066004)

(2. 燕山大学, 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北秦皇岛 066004)

Ti3SiC2属于Mn+1AXn(n=1，2，3)族的一种三元层状化合物[1]。Ti3SiC2的晶体结构为六方晶系，由平行四边形的Si原子层和共棱的Ti6C八面体组成[2]，其分子结构如图1所示。

Ti3SiC2综合了金属与陶瓷的优异性能，包括低密度、良好的热导率与电导率[3-4]、良好的可加工性、优异的抗氧化性和高温机械性能等[5]。其价键结构包含共价键、离子键和金属键[6]。在低温、高应变速率下加载，Ti3SiC2会产生弹性和滞弹性形变并最终发生脆性断裂，加载过程中位错容易造成滑移堆积，在脆性断裂机制里的滞弹性卸载时会回移；在中等温度和应变速率下，力学响应为微裂纹和局部塑性变形同时进行；在高温或低应变速率(<10-5s-1)下Ti3SiC2为塑性，相应的应变为弹性、滞弹性和塑性应变[7-8]。

图1 Ti3SiC2晶体结构

Ti3SiC2可以极大地提升润滑材料的耐磨性能，在轴承[9]、磨损和腐蚀防护等应用领域很有前景[3,10]。如Ti3SiC2-UHMWPE(超高分子量聚乙烯)材料，磨损率降低了将近3个数量级，大大提升了其耐磨性能[11]；又如Ag-MoS2-C复合材料，添加1%(质量分数)Ti3SiC2后复合材料的磨损值降低了70%[12]。

Ti3SiC2可与众多硬质材料很好结合，适合用作结合剂材料，拓展了硬质材料的应用范围；另一方面，Ti3SiC2本身的耐磨性能使其在耐磨涂层、制动摩擦材料等领域应用众多[13]。本文就Ti3SiC2的耐磨应用进行评述，并对Ti3SiC2未来的研究方向进行展望。