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金属基自润滑材料研究的新进展

发表于: 2018-04-10 17:29:58 文章来源:青岛晨阳石墨有限公司

  
  与之相比,在高温下Ti3SiC2与基体金属结合界面会生成Ti2O、SiO2等,在摩擦层形成致密氧化膜,不易脱落,保证了氧化膜的连续性,起到有效的润滑减摩作用,氧化膜还能够起到阻断空气作用,使材料拥有极好的高温抗氧化性能,因此,Ti3SiC2/金属基复合材料在高温和高速摩擦领域具有明显的优势

  Ti3SiC2是M-A-X相中最典型的一种化合物。随着摩擦磨损过程进行,摩擦层致密度增加,其填充,隔离和润滑作用会更加显著;同时,致密的摩擦层能有效隔绝基体与空气的接触,显著改善抗氧化性能。目前,应用于金属基自润滑材料中的固体润滑剂主要有石墨和一些陶瓷材料。因此,制备与金属润湿性良好,界面结合纯净的固体润滑剂是开发高性能固体自润滑复合材料的关键。M-A-X相/金属基自润滑复合材料在摩擦过程中,在摩擦面上形成一层由M-A-X相和基体金属氧化物组成的自生氧化层,该摩擦层具有填充,隔离和润滑的作用,并减小摩擦系数和降低摩擦波动程度。在Ti3SiC2晶格结构中,Ti和C之间为强共价键结合,Ti-Si键在平行于Si的区域内形成不定域电子,类似金属中的自由电子,使其具有良好的导电性,Si原子内部以及Si原子和Ti原子之间为弱键结合,类似于具有层状结构的石墨,使其具有优异的自润滑性能。由于Ti3SiC2独特的晶格结构,使其作为固体润滑剂在主要性能上远远超越传统的陶瓷类固体润滑剂。固体润滑剂的主要优点在于其使用温度超过润滑油的使用范围。

 
  将固体润滑剂添加到金属基体中,可以使其形成具有自润滑性能的复合材料。M-A-X相系列材料具有和金属一样良好的导电导热性能,高硬度,高弹性模量,高剪切模量,良好的热抗震性能和高温可塑性,能够像金属一样进行加工,也具有和陶瓷一样具有较高的屈服强度,熔点,热稳定性和良好的抗氧化性能,同时具有较低的摩擦系数和优异的自润滑性能,良好的抗震性能和抗氧化性等高温结构性能等。

  石墨/金属基复合材料摩擦层上所形成的氧化膜,在长时间高速或高温的摩擦环境下,氧化膜表面石墨会发生脱落,形成凹坑,氧化膜遭到破坏,无法产生有效润滑减摩作用,因此石墨/金属基复合材料服役温度偏低。

  近年来的研究发现,某些三元过渡族金属碳化物或氮化物有望成为比较理想的固体润滑剂。这种化合物的分子结构为M-A-X,其中M为过渡族金属,A为ⅢA族或ⅣA族元素,X为C或者N。石墨颗粒与金属间润湿性较差,采用普通的熔炼法和常规的粉末冶金方法,很难制备组织均匀、界面纯净,性能稳定的大块石墨/金属基自润滑复合材料,必须采用镀镍镀铜等金属化工艺将石墨改性或者添加活性元素的方法,才能解决此问题,但这样必然会导致制备成本升高。