45钢、铝表面涂覆Mn+1AX_n三元层状化合物研究

作     者：孙书斌 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王明智

授予年度：2014年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：三元层状化合物 自蔓延合成 放电等离子烧结 铝基复合材料 铁基复合材料 

摘      要：Ti3SiC2和Ti3A1C2是一类新型的三元层状化合物，其兼具有陶瓷和金属的性能，值得一提的是其还具有类似石墨的层状结构，在具有较高强度、硬度的同时，还具有很好的耐腐蚀及自润滑性，作为涂覆层保护及改善金属基体的润滑性具有重要意义。 通过MA球磨制备了活性较大的Ti-Si-C的原料粉体，冷压成型后，放在Al基体表面上，采用了激光引燃与等离子体引燃两种方式，利用自蔓延燃烧工艺制备Ti3SiC2-Al复合材料。通过球磨制备Ti-Al-C原料粉体，与Fe基体同时放入石墨模具，经过放电等离子辅助烧结制备Ti3A1C2-Fe复合材料。 通过XRD、SEM、EDS分析了产物组织及成分，分析了高温自蔓延燃烧涂覆机理，着重分析等离子体引燃后产物放热与Al基体厚度的反应关系。分析了Ti-Al-C体系与45钢的复合机理。 实验结果表明，Ti-Si-C自蔓延燃烧放出大量热，可融化Al基体表层与Al形成金属-陶瓷连接，反应产物为Ti3SiC2、Ti5Si3和TiC。结合层通过冶金结合连接在一起。Al、C两种元素分别向两边扩散。对不同厚度Al材进行涂覆实验。结果发现过量的液相Al抑制Ti-Si-C自蔓延体系中Ti3SiC2的生成，结合层因为适量的Al液相出现而实现冶金结合。通过放电等离子制备Ti3AlC2，制备温度为1100-1200℃时可得到高纯度的Ti3AlC2。制备的同时与45钢进行复合，45钢基体在设备表温1080℃发生融化，使复合层组织恶化。因此，研究了通过延长球磨时间来降低Ti3AlC2的制备温度，结果表明，球磨12小时后，在1000℃复合烧结过程中可在45钢表面得到较高纯度的Ti3AlC2层。45钢与TI3AlC2连接为反应连接，过渡区含有较大量TiC，由于其脆性及热膨胀系数与金属差距较大，导致降温过程中过渡层脆性而发生断裂，从而产生裂纹，最终45钢与Ti3AlC2过渡层为Fe/TiC/Ti3AlC2。