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金屬基自潤滑材料研究的新進展

發表于: 2018-04-10 17:29:58 文章來源:青島晨陽石墨有限公司

  
  與之相比,在高溫下Ti3SiC2與基體金屬結合界面會生成Ti2O、SiO2等,在摩擦層形成致密氧化膜,不易脫落,保證了氧化膜的連續性,起到有效的潤滑減摩作用,氧化膜還能夠起到阻斷空氣作用,使材料擁有極好的高溫抗氧化性能,因此,Ti3SiC2/金屬基復合材料在高溫和高速摩擦領域具有明顯的優勢

  Ti3SiC2是M-A-X相中最典型的一種化合物。隨著摩擦磨損過程進行,摩擦層致密度增加,其填充,隔離和潤滑作用會更加顯著;同時,致密的摩擦層能有效隔絕基體與空氣的接觸,顯著改善抗氧化性能。目前,應用于金屬基自潤滑材料中的固體潤滑劑主要有石墨和一些陶瓷材料。因此,制備與金屬潤濕性良好,界面結合純凈的固體潤滑劑是開發高性能固體自潤滑復合材料的關鍵。M-A-X相/金屬基自潤滑復合材料在摩擦過程中,在摩擦面上形成一層由M-A-X相和基體金屬氧化物組成的自生氧化層,該摩擦層具有填充,隔離和潤滑的作用,并減小摩擦系數和降低摩擦波動程度。在Ti3SiC2晶格結構中,Ti和C之間為強共價鍵結合,Ti-Si鍵在平行于Si的區域內形成不定域電子,類似金屬中的自由電子,使其具有良好的導電性,Si原子內部以及Si原子和Ti原子之間為弱鍵結合,類似于具有層狀結構的石墨,使其具有優異的自潤滑性能。由于Ti3SiC2獨特的晶格結構,使其作為固體潤滑劑在主要性能上遠遠超越傳統的陶瓷類固體潤滑劑。固體潤滑劑的主要優點在于其使用溫度超過潤滑油的使用范圍。

 
  將固體潤滑劑添加到金屬基體中,可以使其形成具有自潤滑性能的復合材料。M-A-X相系列材料具有和金屬一樣良好的導電導熱性能,高硬度,高彈性模量,高剪切模量,良好的熱抗震性能和高溫可塑性,能夠像金屬一樣進行加工,也具有和陶瓷一樣具有較高的屈服強度,熔點,熱穩定性和良好的抗氧化性能,同時具有較低的摩擦系數和優異的自潤滑性能,良好的抗震性能和抗氧化性等高溫結構性能等。

  石墨/金屬基復合材料摩擦層上所形成的氧化膜,在長時間高速或高溫的摩擦環境下,氧化膜表面石墨會發生脫落,形成凹坑,氧化膜遭到破壞,無法產生有效潤滑減摩作用,因此石墨/金屬基復合材料服役溫度偏低。

  近年來的研究發現,某些三元過渡族金屬碳化物或氮化物有望成為比較理想的固體潤滑劑。這種化合物的分子結構為M-A-X,其中M為過渡族金屬,A為ⅢA族或ⅣA族元素,X為C或者N。石墨顆粒與金屬間潤濕性較差,采用普通的熔煉法和常規的粉末冶金方法,很難制備組織均勻、界面純凈,性能穩定的大塊石墨/金屬基自潤滑復合材料,必須采用鍍鎳鍍銅等金屬化工藝將石墨改性或者添加活性元素的方法,才能解決此問題,但這樣必然會導致制備成本升高。