氧化诱导表面微织构提升镍基复合材料的高温氧化磨损性能研究

doi:10.11902/1005.4537.2026.063

中国腐蚀与防护学报 DOI: 10.11902/1005.4537.2026.063

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许满足, 唐晨, 宫畅, 曾学桐, 陈明辉, 王福会

Oxidation-Induced Surface Micro-Texturing Enhances High-Temperature Oxidation Wear Performance of Ni-Based Composites

引用本文:

许满足, 唐晨, 宫畅, 曾学桐, 陈明辉, 王福会. 氧化诱导表面微织构提升镍基复合材料的高温氧化磨损性能研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 10.11902/1005.4537.2026.063.

全文: PDF(2235 KB)

摘要: 针对镍基合金在高温下氧化与磨损耦合失效的问题，本文利用放电等离子烧结（SPS）技术，通过调控WS2和Ti3SiC2前驱体的原位反应，制备了Ti2SC/TiC多相增强镍基复合材料。重点研究了800℃下材料表面的差异性氧化行为及其防护机制。微观分析显示，富Ti增强相表现出比基体更强的氧化活性，其氧化产物的体积膨胀诱导表面发生原位氧化微织构重构。这种自发的氧化层形貌不仅物理拦截了磨屑，其富Ti氧化物组分更利用离子势差加速了磨屑的氧化-烧结过程。这种由氧化驱动生成的致密釉质层，有效阻断了氧原子向基体内扩散及裂纹萌生，使材料在800℃下的磨损率较基体降低约200倍，实现了高温环境下氧化产物对摩擦学性能的积极反馈。

关键词 ：高温氧化, 镍基复合材料, 高温摩擦磨损, 表面织构, MAX相

Abstract：To address the coupled failure of oxidation and wear in Ni-based alloys under high-temperature conditions, Ti2SC/TiC multiphase reinforced Ni-based composites were prepared via spark plasma sintering (SPS) by controlling the in-situ reactions of WS2 and Ti3SiC2 precursors. This study focuses on the differential oxidation behavior of the material at 800 °C and its protective mechanism. Microstructural analysis reveals that the Ti-rich reinforcing phases exhibit higher oxidation activity than the matrix, and the volume expansion of their oxide products induces an in-situ oxidative micro-textural reconstruction of the surface. This spontaneous oxide topography not only physically intercepts wear debris but also leverages the ionic potential differences of Ti-oxides to accelerate the oxidative sintering of the debris. The resulting dense glaze layer, driven by oxidation, effectively blocks oxygen inward diffusion and crack initiation. Consequently, the wear rate at 800 °C is reduced by approximately 200 times compared to the matrix, achieving a positive feedback loop where oxidation products significantly enhance high-temperature tribological performance.

Key words： High-temperature oxidation Ni-based composites High-temperature friction Surface texturing MAX phase

收稿日期: 2026-03-02

基金资助:基于氧化调控和表面微织构构筑的高温自润滑特种合金设计与服役性能研究(U25A20208)

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