本发明属于复合材料技术领域，涉及一种tial-ti3alc2自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着工业科技快速发展，tial合金凭借其优异的力学性能广泛应用于各类工况中，近年来在运动部件的应用也在逐渐增多，但较高的摩擦系数限制了其在运动部件上的大量使用。因此，更多的科研学者着眼于改善tial合金的高摩擦磨损性能。xuz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。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。虽然上述这些复合材料的摩擦性能有所改善，但是，在强度和硬度方面有待提高。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种tial-ti3alc2自润滑复合材料，其摩擦系数较低，抗高温氧化，且具有优异的力学性能。
本发明是这样实现的：
一种tial-ti3alc2自润滑复合材料，其包括以下质量百分比的化学成分：10-30wt.％的ti3alc2、1-5wt.％的cr粉，其余为ti粉和al粉，ti粉和al粉的摩尔比为1:0.85-0.95。
优选地，ti3alc2的粒度为40-160目。
优选地，ti粉、al粉、cr粉的粒度为10-30μm。
一种tial-ti3alc2自润滑复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
s1、制备混合粉末
氩气氛围中将cr粉、ti粉和al粉均匀球混，加入分散剂，球料比6:1，转速200-350r/min，混料2-3h；随后加入ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，得到混合粉末；
s2、预压成型
将步骤s1得到的混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中进行预压成型，压力15-30mpa，保压时间10-30s；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件在烧结温度为1000-1200℃、烧结压力为30-50mpa、真空度15-40pa、氩气氛围内进行放电等离子烧结，保温10-30min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将步骤s3得到的毛坯试件进行表面抛光处理得到tial-ti3alc2自润滑复合材料。
优选地，步骤s1采用行星式球磨机进行混料，磨球采用wc硬质合金球，其中，大球直径5mm，小球直径2mm，大球与小球质量比为4:1。
优选地，所述分散剂为酒精。
优选地，步骤s3中，放电等离子烧结的升温速率为50-100℃/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用ti3alc2为润滑相，其自身能够生长出高取向的、足够大的单晶体，产生基平面光滑性极好的低摩擦系数材料，从而减小复合材料的摩擦系数。ti3alc2的加入不仅强化了tial基自润滑复合材料的机械性能，还能够提高材料的耐磨性，以及抗高温氧化性，适合作为高温结构材料。
具体实施方式
以下将详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。
一种tial-ti3alc2自润滑复合材料，其包括以下质量百分比的化学成分：10-30wt.％的ti3alc2、1-5wt.％的cr粉，其余为ti粉和al粉，ti粉和al粉的摩尔比为1:0.85-0.95。
其中，ti3alc2的粒度为40-160目。ti粉、al粉、cr粉的粒度为10-30μm。
一种tial-ti3alc2自润滑复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
s1、制备混合粉末
氩气氛围中采用行星式球磨机将cr粉、ti粉和al粉均匀球混，加入分散剂酒精，磨球采用wc硬质合金球，其中，大球直径5mm，小球直径2mm，大球与小球质量比为4:1，球料比6:1，转速200-350r/min，混料2-3h；随后加入ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，得到混合粉末；
s2、预压成型
将步骤s1得到的混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中进行预压成型，压力15-30mpa，保压时间10-30s；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件在烧结温度为1000-1200℃、烧结压力为30-50mpa、真空度15-40pa、氩气氛围内进行放电等离子烧结，保温10-30min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将步骤s3得到的毛坯试件进行表面抛光处理得到tial-ti3alc2自润滑复合材料。
优选地，步骤s3中，放电等离子烧结的升温速率为50-100℃/min。
实施例1
按ti3alc2为10wt.％、cr为1wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.85)的比例制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速200r/min，混料时间2.5h；随后加入40目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力22mpa，保压时间18s，得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件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50℃/min，烧结压力为30mpa，真空度15pa，保温10min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例2
按ti3alc2为15wt.％、cr为3wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.87)的比例制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速300r/min，混料时间2.1h；随后加入80目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力25mpa，保压时间22s，得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
然后将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1000℃，升温速率为80℃/min，烧结压力为35mpa，真空度15pa，保温15min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例3
按ti3alc2为30wt.％、cr为1wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.95)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速320r/min，混料时间3h；随后加入160目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力15mpa，保压时间10s,得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件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100℃/min，烧结压力为40mpa，真空度40pa，保温30min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例4
按ti3alc2为28wt.％、cr为5wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.86)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速230r/min，混料时间2.9h；随后加入120目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力28mpa，保压时间30s，得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件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50℃/min，烧结压力为33mpa，真空度25pa，保温18min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例5
按ti3alc2为12wt.％、cr为1wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.88)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速280r/min，混料时间2.4h；随后加入120目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力28mpa，保压时间26s，得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件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35pa，保温12min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例6
按ti3alc2为23wt.％、cr为3wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.9)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速250r/min，混料时间2.2h；随后加入80目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力20mpa，保压时间15s,得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件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50℃/min，烧结压力为50mpa，真空度19pa，保温20min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例7
按ti3alc2为21wt.％、cr为1wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.92)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速300r/min，混料时间3h；随后加入40目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力25mpa，保压时间25s,得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1080℃，升温速率为60℃/min，烧结压力为40mpa，真空度22pa，保温25min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例8
按ti3alc2为14wt.％、cr为5wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.9)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速200r/min，混料时间2h；随后加入80目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力30mpa，保压时间18s，得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1180℃，升温速率为100℃/min，烧结压力为45mpa，真空度20pa，保温28min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例9
按ti3alc2为18wt.％、cr为1wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.95)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速270r/min，混料时间2.8h；随后加入50目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力19mpa，保压时间22s，得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1020℃，升温速率为90℃/min，烧结压力为30mpa，真空度33pa，保温30min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例10
按ti3alc2为25wt.％、cr为1wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.88)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速340r/min，混料时间2.6h；随后加入90目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力27mpa，保压时间28s，得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1070℃，升温速率为80℃/min，烧结压力为48mpa，真空度28pa，保温16min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例11
按ti3alc2为30wt.％、cr为1wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.95)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速220r/min，混料时间2h；随后加入90目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力30mpa，保压时间29s,得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1120℃，升温速率为100℃/min，烧结压力为35mpa，真空度20pa，保温19min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例12
按ti3alc2为20wt.％、cr为5wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.86)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速350r/min，混料时间3h；随后加入140目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力29mpa，保压时间10s,得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1030℃，升温速率为90℃/min，烧结压力为38mpa，真空度38pa，保温22min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例13
按ti3alc2为24wt.％、cr为5wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.85)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速350r/min，混料时间2.9h；随后加入140目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力18mpa，保压时间12s,得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1190℃，升温速率为70℃/min，烧结压力为46mpa，真空度40pa，保温10min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例14
按ti3alc2为11wt.％、cr为5wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.94)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速300r/min，混料时间2h；随后加入60目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力20mpa，保压时间27s，得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1140℃，升温速率为80℃/min，烧结压力为49mpa，真空度31pa，保温25min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例15
按ti3alc2为13wt.％、cr为3wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.86)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速210r/min，混料时间2.1h；随后加入60目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力25mpa，保压时间20s,得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件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50mpa，真空度25pa，保温15min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
实施例16
按ti3alc2为25wt.％、cr为5wt.％，其余为ti粉和al粉(ti与al摩尔比为1:0.88)的比例，制备tial-ti3alc2自润滑复合材料，其具体步骤如下：
s1、制备混合粉末
将cr粉、ti粉和al粉在氩气氛围中采用行星式球磨机中进行均匀球混，加入无水酒精作为分散剂，磨球采用wc硬质合金球，球料比6:1，转速200r/min，混料时间2.5h；随后加入160目的ti3alc2颗粒，再以相同转速混料0.5h，制得混合粉末；
s2、预压成型
将混合粉末在氩气氛围内烘干，并装入石墨模具中预压成型，压力15mpa，保压时间30s,得到预压成型的试件；
s3、放电等离子烧结
将预压成型的试件放入炉中氩气氛围内进行sps烧结，烧结温度为1060℃，升温速率为100℃/min，烧结压力为50mpa，真空度27pa，保温20min，得到毛坯试件；
s4、表面抛光处理
将上述制备的毛坯试件进行表面抛光处理得到以ti3alc2为润滑相的tial基自润滑复合材料，即tial-ti3alc2自润滑复合材料。
对上述实施例得到的复合材料进行性能检测，各性能如表1所示。
表1上述各实施例制得复合材料的性能
现有技术的tial基自润滑复合材料的常温磨损量最低为2.46×10-4-3.01×10-4mg.m-1，高温(600℃)磨损量最低为1.63×10-4-1.95×10-4mm3n-1.m-1。
将表1中数据整理换算得到，本发明制备的tial-ti3alc2自润滑复合材料的硬度值在4.88gpa以上，密度值在4g.cm-3左右，具有优秀的力学性能；而且，常温磨损量在1.917×10-4mm3n-1.m-1以下，比现有技术的tial基自润滑复合材料低34.2％左右，高温磨损量在2.17×10-5mm3n-1.m-1以下，比现有技术的tial基自润滑复合材料的高温磨损量低92.9％左右；相对于现有技术的tial基自润滑复合材料，本发明的复合材料的耐磨性能(尤其是高温耐磨性)明显提高，复合材料的摩擦系数较小，提高了材料的抗高温氧化性，本发明的复合材料适合作为高温结构材料。
所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。