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随着技术工业的飞速发展,更大温度范围内使用的低磨损率、低摩擦系数或者适当而稳定的摩擦系数的新型材料的需求量越来越大。在课题组之前的研究工作中发现,像Ti3AlC2、T3SiC2等MAX相材料具有优异的摩擦学特性,这主要是由于其在空气环境下进行滑动摩擦时,MAX相中的A位自生成氧化膜对其摩擦学特性起到支配作用。为了进一步调节MAX相的摩擦学特性,本论文拟通过向Ti3AlC2-A位中固溶不同含量的Si来调节摩擦氧化物的组成和形态。论文首先研究高纯度Ti3Al(Si)C2固溶体粉体的制备工艺,并采用二次热压法制备高纯高致密的Ti3Al(Si)C2块体材料;研究了 Ti3Al(Si)C2块体材料的力学性能和摩擦学性能,并系统分析了固溶不同含量Si对Ti3Al(Si)C2的力学和摩擦学性能影响。研究结果表明:(1)本论文以Ti粉、Al粉、Si粉和TiC粉作为起始原料,经过配料、混料、无压烧结(烧结温度为1410℃,保温10 min,Ar气氛)合成Ti3Al1.2-xSixC2(x=0,0.2,0.4)固溶体粉体,然后,将制备的粉体热压烧结成高纯高致密的块体(热压烧结的温度为1410℃,保温1 h,加压30 MPa)。(2)制备的Ti3Al(Si)C2固溶体粉体的晶粒表面比较光滑,具有从液相长大的特征。Ti3Al(Si)C2固溶体的热压块体的晶粒形貌为板条状,紧密排列。随着Si固溶含量的增加,晶粒的尺寸减小,晶格参数c减小,而晶格参数a几乎保持不变。(3)Ti3AlSi0.2C2和Ti3Al0.8Si0.4C2固溶体的弯曲强度分别测得为～485 MPa和～554 MPa,这比 Ti3AlC2 的弯曲强度(～425 MPa)提高 14%和 30%。Ti3AlSi0.2C2(～5.17 GPa)和Ti3Al0.8Si0.4C2(～5.48 GPa)固溶体在法向载荷为100 N的维氏硬度分别比Ti3AlC2(～4.36 GPa)的增加了 19%和26%。Ti3Al(Si)C2固溶体优异的力学性能与其在弯曲断裂时的扭结带的形成和分层、Ti3Al(Si)C2固溶体的粉体的平均粒径、块体的晶粒尺寸等现象相关。(4)Ti3Al(Si)C2块体对45钢进行摩擦时,具有优异的摩擦学性能。在滑动速度为30 m/s,法向载荷为20～80 N的法向载荷下,随着Si固溶含量的增加,Ti3Al(Si)C2块体的摩擦系数在0.22～0.3的范围内可调,磨损率减小(其值为3.19～2.61×10-6 mm3/N·m)。随着Si含量的增加,摩擦膜里的氧化物SiO2含量逐渐增加,这对摩擦膜的耐磨性起到很大的作用,对固溶体的摩擦学性能有重要影响。Ti3Al(Si)C2(x=0,0.2,0.4)固溶体摩擦表面膜的厚度分别为～1.2μm、～0.8μm和～0.5μm。(5)滑动速度从10 m/s增加到30 m/s,Ti3Al0.8Si0.4C2固溶体的摩擦系数减小(其值为0.52～0.26),总体的磨损率为3.16～2.65×10-6mm3/N·m。滑动速度10m/s时,摩擦表面磨损比较严重,滑动速度20 m/s时,摩擦表面零星剥落,而滑动速度30 m/s时,摩擦表面比较平整,基本上没有剥落。不同滑动速度的摩擦膜的成分都由Ti、Al、Si和Fe的氧化物组成。