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耐高温Fe基自润滑复合材料

Fe基自润滑复合材料不仅具有成本低、良好的耐磨性、易热处理和高阻尼性等优点，而且拥有良好的自润滑性，因此，被广泛应用于汽车、航天航空领域中齿轮、凸轮、轴承等重要部件。但由于润滑相在高温环境下容易产生拔出、剥落而导致复合材料摩擦磨损性能削弱，限制了Fe基自润滑材料的应用。

本团队探讨了MAX-TiCX材料和烧结参数对MAX-TiCX-Fe基复合材料物理性能、力学性能及摩擦磨损新能的影响，研究发现，MAX-TiCX-Fe基复合材料的密度随着MAX-TiCX含量、MAX:TiCX中TiCX比例及升温速率的增加而减小，随着MAX粒度的减小、烧结温度、保温时间及烧结压力的增加而升高。金属相区维氏硬度随着MAX-TiCX含量和升温速率的增加而下降，随着MAX:TiCX中TiCX比例的增加和MAX粒度的减小先下降后升高，随着烧结温度和保温时间的增加先升高后下降，随着烧结压力的增加高而升高；MAX相区维氏硬度随着MAX-TiCX含量、MAX:TiCX中TiCX比例和烧结温度的增加先下降后升高，随着MAX粒度的减小和保温时间的增加而下降，随着升温速率和烧结压力的增加而上升。Fe基复合材料致密度为92.3-99.8%，金属相区维氏硬度为335.24-710.8 HV，MAX相区维氏硬度为911-1406.57 HV。得出Fe基复合材料在MAX-TiCX添加量为30 wt.%、MAX:TiCX为2:1、MAX粒度为425-850 μm、烧结温度为1150 ℃、保温时间为10 min、升温速率为70 ℃/min、烧结压力为30 MPa时综合性能最好，密度和致密度分别为5.698 g/cm³和98.4 %，金属相区维氏硬度为520 HV，MAX相区为975 HV。MAX-TiCX-Fe基自润滑复合材料在最佳条件时所采用的摩擦载荷为200 N、线速度为0.36 m/s、摩擦时长为20 min，此时复合材料在25 ℃时的摩擦系数和磨损率分别为0.401和3.71×10^-6 mm³/(N•m)，500 ℃时的摩擦系数和磨损率分别为0.319和2.77×10^-6 mm³/(N•m)，因此考察了摩擦条件对MAX-TiCX-Fe基复合材料摩擦磨损性能的影响。研究发现：随着摩擦载荷和线速度的增加，室温时的摩擦系数与磨损率先急速下降后趋于稳定，500℃时的摩擦系数和磨损率缓慢降低后趋于稳定；在室温时提高摩擦时长，则使复合材料的摩擦系数缓慢增加，磨损率缓慢下降，得出MAX-TiCX-Fe复合材料适用载荷200-300 N、适用速度0.36-0.72 m/s。良好的摩擦学性能取决于室温下摩擦表面形成MAX润滑膜，500 ℃时会形成TiO₂、SiO₂、AlSiO_x、FeTiO_x氧化物润滑膜，添加MAX的Fe基自润滑复合材料在室温和500 ℃时的磨损形式主要为磨粒磨损和粘着磨损。使得MAX-TiCX-Fe基复合材料的界面组织结合良好，提高了复合材料的高温摩擦磨损性能，大大扩展了应用领域，可适用于中载与重载、中速与高速等工况。