热处理对Ni/Ti2AlC复合材料显微组织和摩擦学性能的影响

高 强, 王文珍, 易戈文*, 石佩璎, 丰晓春, 孙虎伟

(1. 中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室, 甘肃 兰州 730000;2. 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049)

航空、航天和能源化工等领域的飞速发展，对材料的力学性能和抗磨损性能提出了苛刻的要求. 传统的Ni基高温合金及其复合材料因具有良好的高温力学性能及优异的抗氧化和抗腐蚀等特性而获得广泛应用[1]. 为了进一步提高Ni基复合材料的力学性能和抗磨损性能，学者们开展了大量研究[2]. 由于碳化物具有高熔点和高硬度特性，且原位生成的碳化物和基体相之间界面润湿性更好，界面结合强度更高，可抑制摩擦过程中碳化物颗粒的脱出[3]，因而原位形成碳化物(TiC和WC等[4-9])可提高材料的力学性能和抗磨性能. 近年来，采用Ni和MAX相复配，通过高温反应原位生成碳化物增强相的方法获得了广泛关注. MAX相(Mn+1AXn，M为过渡金属，A是IIIA或VIA主族元素，X则为C或N元素)为六方层状结构，M和X以强共价键结合构成MX片层，A原子以弱共价键或金属键与M结合穿插在MX层间[10-11]. 由于M层与A层之间弱的键合作用，导致A原子易从点阵中脱出，MAX相分解，MX原位转变为碳化物或氮化物. Ti2AlC作为典型的MAX相家族成员之一，其具有密度低(4.11 g/cm3)、制备工艺简单和热压反应活性高等优点，因而备受国内外学者的关注. 当Ni与Ti2AlC复配时，在高温烧结过程中，Al原子易从Ti2AlC点阵中脱出，Ti2AlC相分解，原位转变为TiCx，而Al则与Ni反应形成Ni基固溶体、Ni3Al和Ni2TiAl等金属粘结相. 由于TiCx原位形……