通過液相磁力攪拌混合原料粉末2Cr /1. 2Al /1C，在1400℃無壓燒結合成了Cr2AlC。X 射線衍射結果表明，Cr2AlC具有良好的結晶性，掃描電鏡照片顯示合成的Cr2AlC 為層狀結構，厚度大約在50 ～ 100 nm。將其以不同質量分數分散到基礎油100SN 中，利用摩擦磨損試驗機初步研究了滑行速度，載荷等對其摩擦學性能的影響，結果表明，Cr2AlC 添加量較低時，分散性較好，能顯著降低基礎油的摩擦系數和摩擦磨損，高載荷會加劇磨損，實驗條件下，Cr2AlC 添加量為0. 6% 和1% 的潤滑油在10N 載荷時，摩擦過程中在表面形成具有減摩抗磨作用的潤滑膜，表現出較好的摩擦學性能。

　　Mn + 1AXn( MAX) 是一類三元層狀金屬碳化物或氮化物化合物，其中M 為過渡金屬，A 主要為Ⅲ或Ⅳ族元素，X 為C 元素或N 元素，n =1、2 或3。Cr2AlC 相是Mn + 1AXn相中的211 相，20 世紀60 年代被Jeitschko 和Nowotny 等[4]發(fā)現。圖1( a)所示為Cr2AlC 的晶體結構，為三元層狀碳化物，屬六方晶系，晶格參數a = 0. 286 nm，c = 1. 282 nm，理論密度是5. 24 /cm3，屬于P63 /mmc 空間群。6 個Cr原子與1 個C 原子之間形成緊密堆積的Cr6C 八面體，Cr6C 八面體層被Al 原子平面層所分隔，C 原子位于八面體間隙中心，Cr 原子和C 原子之間的結合為強共價鍵，賦予材料高熔點、高彈性模量; 而Cr 原子和Al 原子平面之間沿〈0001〉方向形成ABABAB層狀結構( 如圖1( b) 所示) ，屬于弱結合，類似于石墨層間的范德華力弱鍵結合，使得材料具有層狀結構和自潤滑性。

　　由于Cr2AlC 具有很高的硬度、模量、強度、良好的抗熱震性、導電率高、強抗氧化和耐蝕性能，研究者對其進行了大量研究，其合成方法主要有熱壓燒結( HP) 、等離子燒結( PDS ) 、熱等靜壓( HIP)等。

圖1 (a) Cr2AlC 的晶體結構，(b) (1210) 晶面上的原子排列

　　雖然對Cr2AlC 制備方法的研究較多，但真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)發(fā)現開展其摩擦學性能的研究工作較少，S. Gupta 等研究了Cr2AlC 與不同配副在550℃的摩擦學性能，發(fā)現在與Al2O3配副時摩擦系數為0. 44 ±0. 09，磨損率大約為6 ×10 ^-5 mm3 /Nm，摩擦過程中在表面形成CrAl 氧化物的潤滑膜，與鎳基合金配副時摩擦系數大約為0. 3，磨損率≤1 × 10 ^-6 mm3 /Nm，項目組同樣報道了Cr2AlC 添加到Ag 基復合材料中，與Al2O3和鎳基合金配副的高溫摩擦學性能，并討論了其摩擦表面潤滑膜的形成。

　　以上文獻報道的都是Cr2AlC 在無潤滑條件下的干摩擦行為，對其作為潤滑油添加劑的摩擦學行為鮮有報道。本工作以Cr、Al、石墨單質為原料，通過優(yōu)化混料方式( 磁力攪拌混料) ，采用無壓燒結方法合成了Cr2AlC 粉末，開展了Cr2 AlC 納米材料在潤滑油中摩擦學性能的研究。

　　實驗過程

　　Cr2AlC 粉末的制備與表征

　　鉻粉( 純度99%，200 目) 、鋁粉( 純度99%，200目) 和石墨粉( 純度99. 97%，平均粒徑小于20 μm) 、乙醇( 國藥集團化學試劑有限公司產品) ，基礎油100SN。將原料粉末按物質的量比為Cr∶ Al∶ C = 2∶ 1. 2∶ 1 稱取，稱好后，將原料粉末倒入燒杯中，加入適量酒精，然后將燒杯置于恒溫磁力攪拌器上，加熱溫度70℃，并不斷攪拌。酒精在加熱過程中被蒸發(fā)，大約經過1 h，酒精蒸發(fā)干凈，將燒杯放入通風干燥爐中，在60℃烘干。將粉末置于Φ25 mm 的不銹鋼模具中，施加30 MPa 的壓力，在液壓機上冷壓成Φ25 mm ×6 mm的圓片體，將冷壓后的圓片放入坩堝，并放進管式爐中燒結，在氬氣氣氛下以5℃ /min 的速度加熱到1400℃，保溫30 min，樣品燒制結束后，關閉電源，隨爐冷卻至室溫。取出燒制樣品，將其粉碎并研磨成粉末。采用德國布魯克公司生產的D8ADVANCE 型轉靶X 射線衍射( XRD) 儀( Cu 靶Kα) 對所得粉末的相組成進行XRD 測試，λ =0. 1546 nm，掃描步長0. 02°，掃描范圍10° ～ 80°，數據用Jade 處理軟件分析處理;采用日本JEOL 公司的JSM-7001F 型掃描電子顯微鏡( SEM) 觀察所制備Cr2A1C 的微觀形貌和結構。

　　Cr2AlC 添加到潤滑油中的摩擦學性能

　　將制備出的Cr2AlC 晶體以不同質量百分比超聲分散到100SN 基礎油中，得到系列試驗用油樣。摩擦磨損試驗在UMT-2 型球盤式摩擦試驗機上進行。試驗條件為載荷10 ～ 30 N，滑行速度5 ～ 12. 5m/min，測試溫度室溫，相對濕度50%，所使用的鋼球為440-C 不銹鋼，其直徑為10 mm，硬度為62HRC，盤片為45#鋼，直徑25 mm，表面經拋光處理。摩擦系數隨時間的變化曲線由試驗機自動記錄，磨痕寬度大小利用讀數顯微鏡測量，用來評價油潤滑的減磨效果。其中，同一樣品的磨痕寬度至少測定3 次并取平約值作為試驗結果。