CN108754275B - 一种TiAl基耐高温自润滑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种TiAl基耐高温自润滑复合材料，其化学成分的质量百分比为：TiCx 10‑30、Ti3SiC2 10‑30、Cr 1‑6，其余为Ti粉和Al粉，其中0.4＜x＜1.1，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.85‑0.95；上述复合材料的制备方法主要是将TiCx粉、Ti3SiC2颗粒、Ti粉、Al粉和Cr粉经过混料、预压烘干以及放电等离子(SPS)烧结，烧结温度为1050‑1250℃，烧结压力为30‑50MPa，真空度15‑40Pa，保温10‑30min，制得以Ti3SiC2和TiCx为润滑相的TiAl基耐高温自润滑复合材料。本发明操作简单，制备周期短，制得的TiAl基耐高温自润滑复合材料不仅具有较低的摩擦系数和磨损率，而且具有高承载、高强度等性能，适用于批量化生产恶劣工况下自润滑轴承等减摩材料。

Description

一种TiAl基耐高温自润滑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种TiAl基自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术
随着工业的快速发展，TiAl合金凭借自身的低密度、高温强度、优异的抗氧化和抗蠕变性不断地被应用到制造业各领域中，尤其在高温下的优异性能使其成为汽车、航空领域的最具有潜力材料。但由于TiAl合金的自润滑效果并不理想，因此TiAl合金主要应用在民用航天的发动机叶片、轮盘、机身等非转动部位领域中。随着TiAl合金的不断研发，性能不断改善，目前航空航天轴承、航天起落架等转动摩擦领域也在试图应用TiAl基自润滑复合材料。Xu Z等人发明了一种含有多层石墨烯的TiAl基自润滑复合材料，并且发现由于石墨烯在滑动接触界面上容易剪切并形成一层抗磨损保护层，从而大大降低了复合材料的摩擦系数和磨损率，并且获得较为稳定的摩擦性能。[Xu Z,Shi X,Zhai W,etal.Preparation and tribological properties of TiAl matrix compositesreinforced by multilayer graphene[J].Carbon,2014,67(2):168-177.]；由于单一固体润滑剂存在失效的可能性，在TiAl合金中添加多种润滑相时，可以起到协同作用，从而减小TiAl基自润滑复合材料的摩擦系数。Shi X等人研究出了一种含Ag和Ti2AlC的TiAl基自润滑复合材料，发现Ag和Ti2AlC润滑剂的协同作用，摩擦系数显著降低，当银含量为10wt.％时，表现出最好的摩擦学性能。[Shi X,Xu Z,Wang M,et al.Tribological behavior ofTiAl matrix self-lubricating composites containing silver from 25to 800℃[J].Wear,2013,303(1-2):486-494.]；Yao J等人则制备出了对含有不同量Ag、Ti3SiC2和BaF2/CaF2共晶体(BaF2-38wt.％CaF2)的TiAl基自润滑复合材料，发现Ag、Ti3SiC2和BaF2/CaF2可以在极端的工作温度范围内提高复合材料的减摩抗磨性能，这归因于Ag、Ti3SiC2和BaF2/CaF2润滑剂的协同作用。当Ag、Ti3SiC2和BaF2/CaF2共晶体的含量为9wt.％时表现出最好的摩擦学性能[Shi X,Yao J,Xu Z,et al.Tribological performance of TiAl matrixself-lubricating composites containing Ag、Ti3SiC2,and BaF2/CaF2,tested fromroom temperature to 600℃[J].Materials&Design,2014,53(53):620-633.]；史晓亮等人通过添加不同重量百分比的Ti3SiC2和MoS2润滑相制备TiAl基自润滑复合材料(TMC)。研究表明，添加10wt％(Ti3SiC2-MoS2)润滑相的TMC由于摩擦表面产生独特的分层结构具有良好的摩擦学性能[Zhai W,Shi X,Wang M,et al.Friction and Wear Properties ofTiAl-Ti3SiC2-MoS2Composites Prepared by Spark Plasma Sintering[J].TribologyTransactions,2014,57(3):416-424]；章桥新等人采取SPS烧结工艺发明了一种TiAl-石墨烯-Ti3SiC2自润滑复合材料，所制得复合材料纯度高、晶粒细小、致密度高，且具有优良的力学性能和摩擦学性能[章桥新，徐增师，史晓亮，薛冰，陈龙，朱庆帅，肖业成，翟文正，姚杰，王玉伏.一种TiAl-石墨烯-Ti3SiC2自润滑复合材料及其制备方法[P].湖北：CN103882257A,2014-06-25]；史晓亮等人发明一种致密度高、摩擦学性能好、工艺参数稳定的TiAl金属间化合物基固体自润滑复合材料，润滑相为Ti3SiC2、Ti2AlC和C，增强相为TiC，并且制备过程快捷简单，易操作[史晓亮，彭美超，章桥新，徐增师，翟文正，冯四平，张崧，王玉伏.一种TiAl金属间化合物基固体自润滑复合材料及其制备方法[P].湖北：CN102492871A,2012-06-13]。上述这些烧结体复合材料都在一定程度上改善了复合材料的减摩性，但耐磨性等综合性能有待提高。
发明内容
本发明内容提供一种以Ti3SiC2和TiCx为润滑相，且具有高承载、高强度、耐磨性好的TiAl基耐高温自润滑复合材料及其制备方法。
本发明的TiAl基耐高温自润滑复合材料的化学成分的质量百分比为：TiCx 10-30、Ti3SiC210-30、Cr 1-6，其余为Ti粉和Al粉，其中0.4＜x＜1.1，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.85-0.95；
所述TiCx粉的粒度为20-45μm；Ti3SiC2颗粒的粒度为80～200目；Ti粉、Al粉、Cr粉的粒度为10-30μm。
上述TiAl基耐高温自润滑复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)混合粉末的制备
氩气氛围中采用行星式球磨机先对TiCx粉、Cr粉、Ti粉和Al粉进行均匀球混，酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速200-350r/min，球磨时间0.5-2h；随后加入Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h；
(2)预压成型
将步骤(1)的混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入模具中预压成型，压力15-30MPa，保压时间10-30s，模具直径为30mm；
(3)放电等离子烧结工艺
烧结温度为1050-1250℃，升温速率为60-100℃/min，烧结压力为30-50MPa，真空度15-40Pa，保温10-30min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；
(4)将步骤(3)制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以Ti3SiC2和TiCx为润滑相的TiAl基耐高温自润滑复合材料。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、采用TiAl合金作为基体，添加的TiCx存在大量C空位，添加后更易与TiAl形成Ti2AlC，可以在1050-1250℃条件下得到高致密度和高硬度的复合材料；而Ti2AlC和Ti3SiC2同属于三元层陶瓷化合物，集合了陶瓷和金属的优异性能，不仅能够强化TiAl基自润滑复合材料，还能作为润滑相丰富润滑机制，改善TiAl合金材料较高干摩擦系数和磨损率的缺陷。
2、制备的TiAl基高温自润滑复合材料不仅具有高承载、高强度、耐高温性能，并且在多组元润滑相的作用下能够有效提高其自润滑性能，更适用于制作恶劣工况下的自润滑轴承等摩擦材料。
附图说明
图1为本发明实施例1、2和3制备的TiAl基耐高温自润滑复合材料在600℃高温下摩擦系数曲线图。
图2为本发明实施例1、2和3制备的TiAl基耐高温自润滑复合材料在600℃高温下磨损率柱状图。
图3为本发明实施例1制备的TiAl基耐高温自润滑复合材料在600℃高温下的摩擦磨损表面SEM图。
图4为本发明实施例2制备的TiAl基耐高温自润滑复合材料在600℃高温下的摩擦磨损表面SEM图。
图5为本发明实施例3制备的TiAl基耐高温自润滑复合材料在600℃高温下的摩擦磨损表面SEM图。
具体实施方式
实施例1
按质量百分比TiC0.4为10％、Ti3SiC2为20％、Cr为1％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.85的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.4粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速350r/min，球磨时间0.5h；随后加入粒度为160～200目的Ti3SiC2的颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力15MPa，保压时间10s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1100℃，升温速率为80℃/min，烧结压力为30MPa，真空度40Pa，保温20min，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以Ti3SiC2和TiC0.4为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
如图1所示，说明Ti3SiC2含量对摩擦系数具有一定的影响，但影响较小，当Ti3SiC2含量为20％时，摩擦系数约为0.43。
如图2所示，说明Ti3SiC2含量对磨损率具有较大影响，并且磨损率随着Ti3SiC2含量的增加而下降，这是由于Ti3SiC2含量的增多导致摩擦表面形成一层较为完整的润滑膜，从而较小磨损率，当Ti3SiC2含量为20％时，磨损率约为0.018mg/m。
如图3所示，当Ti3SiC2含量为20％时，摩擦表面形成一层润滑膜，优化磨损表面，但由于润滑膜并不完整，因此表面出现一定的犁沟划痕，说明Ti3SiC2具有一定润滑作用。
实施例2
按质量百分比TiC0.8为22％、Ti3SiC2为30％、Cr为2％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.89的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.8粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速200r/min，球磨时间0.6h；随后加入120-160目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力30MPa，保压时间10s，然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1100℃，升温速率为60℃/min，烧结压力为35MPa，真空度40Pa，保温20min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件，将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.8为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
如图1所示，说明Ti3SiC2含量为30％时，摩擦系数相比于20％复合材料略有降低，但影响不大，这是由于Ti3SiC2含量增加到一定程度，润滑膜较为完整，对摩擦系数不存在巨大影响。
如图2所示，说明Ti3SiC2含量对磨损率具有较大影响，并且磨损率随着Ti3SiC2含量的增加而下降，这归因于Ti3SiC2的润滑作用和TiC0.8在复合材料中所形成Ti2AlC的耐磨作用，此时磨损率约为0.015mg/m。
如图3所示，摩擦表面较为完整且光滑，并未出现剥落或者较深犁沟，说明具有较好的润滑和耐磨性。
实施例3
按质量百分比TiC0.6为10％、Ti3SiC2为10％、Cr为3％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.86的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.6粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速350r/min，球磨时间0.7h；随后加入80-120目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力20MPa，保压时间30s，然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1100℃，升温速率为60℃/min，烧结压力为35MPa，真空度30Pa，保温20min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.6为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
如图1所示，说明Ti3SiC2含量为10％时，相比较其他高Ti3SiC2含量的复合材料摩擦系数略有增高，约为0.45
如图2所示，说明在Ti3SiC2含量较少时，润滑膜并不完整，因此产生较大磨损率。
如图3所示，在当Ti3SiC2含量较少时，摩擦表面润滑膜不完整，因此出现了小面积剥落等情况，导致磨损率上升。
实施例4
按质量百分比TiC1.1为20％、Ti3SiC2为22％、Cr为1％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.95的比例，将粒度为20-45μm的TiC1.1粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速350r/min，球磨时间0.8h；随后加入120-160目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力30MPa，保压时间30s，然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1150℃，升温速率为70℃/min，烧结压力为38MPa，真空度30Pa，保温25min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC1.1为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例5
按质量百分比TiC0.8为28％、Ti3SiC2为24％、Cr为1％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.91的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.8粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速250r/min，球磨时间0.9h；随后加入160-200目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力15MPa，保压时间20s，然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1150℃，升温速率为80℃/min，烧结压力为34MPa，真空度40Pa，保温25min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.8为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例6
按质量百分比TiC0.9为22％、Ti3SiC2为22％、Cr为5％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.87的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.9粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速340r/min，球磨时间0.5h；随后加入160-200目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力20MPa，保压时间20s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1150℃，升温速率为85℃/min，烧结压力为32MPa，真空度40Pa，保温19min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.9为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例7
按质量百分比TiC0.5为30％、Ti3SiC2为12％、Cr为6％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.91的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.5粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速320r/min，球磨时间0.6h；随后加入160-200目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力20MPa，保压时间30s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1250℃，升温速率为100℃/min，烧结压力为33MPa，真空度15Pa，保温18min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.5为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例8
按质量百分比TiC0.5为22％、Ti3SiC2为24％、Cr为1％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.94的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.5粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速220r/min，球磨时间0.7h；随后加入160-200目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力30MPa，保压时间30s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1200℃，升温速率为90℃/min，烧结压力为44MPa，真空度15Pa，保温10min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.5为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例9
按质量百分比TiC0.8为24％、Ti3SiC2为20％、Cr为2％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.94的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.8粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速280r/min，球磨时间0.8h；随后加入120-160目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力25MPa，保压时间10s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1200℃，升温速率为90℃/min，烧结压力为41MPa，真空度30Pa，保温12min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.8为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例10
按质量百分比TiC0.7为26％、Ti3SiC2为28％、Cr为1％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.89的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.7粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速280r/min，球磨时间0.9h；随后加入Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力30MPa，保压时间10s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1250℃，升温速率为90℃/min，烧结压力为42MPa，真空度30Pa，保温12min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.7为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例11
按质量百分比TiC0.4为30％、Ti3SiC2为29％、Cr为2％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.85的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.4粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速250r/min，球磨时间2h；随后加入80-120目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力20MPa，保压时间30s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1250℃，升温速率为100℃/min，烧结压力为39MPa，真空度15Pa，保温11min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.4为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例12
按质量百分比TiC0.5为10％、Ti3SiC2为28％、Cr为5％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.92的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.5粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速350r/min，球磨时间1.8h；随后加入120-160目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力25MPa，保压时间20s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1200℃，升温速率为85℃/min，烧结压力为40MPa，真空度15Pa，保温14min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.5为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例13
按质量百分比TiC0.6为20％、Ti3SiC2为30％、Cr为5％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.92的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.6粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速220r/min，球磨时间1.2h；随后加入120-160目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力25MPa，保压时间10s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1050℃，升温速率为80℃/min，烧结压力为48MPa，真空度40Pa，保温13min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.6为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例14
按质量百分比TiC0.9为28％、Ti3SiC2为16％、Cr为3％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.95的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.9粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速250r/min，球磨时间1.5h；随后加入120-160目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力25MPa，保压时间10s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1050℃，升温速率为70℃/min，烧结压力为50MPa，真空度40Pa，保温28min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.9为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例15
按质量百分比TiC1.1为26％、Ti3SiC2为18％、Cr为4％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.9的比例，将粒度为20-45μm的TiC1.1粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速240r/min，球磨时间1.5h；随后加入120-160目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力20MPa，保压时间20s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1150℃，升温速率为60℃/min，烧结压力为48MPa，真空度15Pa，保温25min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC1.1为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例16
按质量百分比TiC0.7为25％、Ti3SiC2为11％、Cr为6％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.93的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.7粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速240r/min，球磨时间1.8h；随后加入80-120目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力30MPa，保压时间30s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1050℃，升温速率为70℃/min，烧结压力为50MPa，真空度15Pa，保温25min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.7为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例17
按质量百分比TiC0.4为11％、Ti3SiC2为25％、Cr为4％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.93的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.4粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速300r/min，球磨时间1.4h；随后加入160-200目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力25MPa，保压时间20s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1050℃，升温速率为60℃/min，烧结压力为49MPa，真空度30Pa，保温29min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.4为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例18
按质量百分比TiC0.5为11％、Ti3SiC2为10％、Cr为5％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.88的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.5粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速320r/min，球磨时间1.4h；随后加入160-200目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力30MPa，保压时间20s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1050℃，升温速率为100℃/min，烧结压力为49MPa，真空度30Pa，保温30min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.5为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例19
按质量百分比TiC1.1为20％、Ti3SiC2为25％、Cr为6％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.9的比例，将粒度为20-45μm的TiC1.1粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速260r/min，球磨时间1.9h；随后加入80-120目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力30MPa，保压时间20s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1200℃，升温速率为80℃/min，烧结压力为30MPa，真空度30Pa，保温15min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC1.1为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
实施例20
按质量百分比TiC0.9为30％、Ti3SiC2为20％、Cr为4％，其余为Ti粉和Al粉，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.95的比例，将粒度为20-45μm的TiC0.9粉、粒度为10-30μm的Cr、粒度为10-30μm的Ti粉和粒度为10-30μm的Al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机对其进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速200r/min，球磨时间2h；随后加入80-120目Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力20MPa，保压时间30s；然后将其放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1200℃，升温速率为80℃/min，烧结压力为30MPa，真空度40Pa，保温20min，氩气氛围内进行SPS烧结，得到毛坯试件；将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到所述的以Ti3SiC2和TiC0.9为润滑相的TiAl基高温自润滑复合材料，其性能指标如表1所示。
表1上述各实施例制得复合材料的性能

Claims (3)

1.一种TiAl基耐高温自润滑复合材料，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：TiCx10-30、Ti3SiC2 10-30、Cr 1-6，其余为Ti粉和Al粉，其中0.4≤x≤0.9或x＝1.1，Ti粉与Al粉的摩尔比为1:0.85-0.95。
2.根据权利1所述的TiAl基耐高温自润滑复合材料，其特征在于：所述TiCx粉的粒度为20-45μm；Ti3SiC2颗粒的粒度为80～200目；Ti粉、Al粉、Cr粉的粒度为10-30μm。
3.权利要求1的TiAl基耐高温自润滑复合材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)氩气氛围中采用行星式球磨机先对TiCx粉、Cr粉、Ti粉和Al粉进行均匀球混，酒精作为分散剂，磨球采用硬质合金球，球料比6:1，转速200-350r/min，球磨时间0.5-2h；随后加入Ti3SiC2颗粒，再以相同转速球磨0.5h，制得混合粉末；
(2)将步骤(1)的混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入直径为30mm的模具中预压成型，压力15-30MPa，保压时间10-30s；
(3)将步骤(1)的模具放入炉中氩气氛围内进行SPS烧结，烧结温度为1050-1250℃，升温速率为60-100℃/min，烧结压力为30-50MPa，真空度15-40Pa，保温10-30min，得到毛坯试件；
(4)将步骤(3)制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以Ti3SiC2和TiCx为润滑相的TiAl基耐高温自润滑复合材料。
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