將固體潤(rùn)滑劑添加到金屬基體中，可以使其形成具有自潤(rùn)滑性能的復(fù)合材料。固體潤(rùn)滑劑的主要優(yōu)點(diǎn)在于其使用溫度超過(guò)潤(rùn)滑油的使用范圍。目前，應(yīng)用于金屬基自潤(rùn)滑材料中的固體潤(rùn)滑劑主要有石墨和一些陶瓷材料。
石墨顆粒與金屬間潤(rùn)濕性較差，采用普通的熔煉法和常規(guī)的粉末冶金方法，很難制備組織均勻、界面純凈，性能穩(wěn)定的大塊石墨/金屬基自潤(rùn)滑復(fù)合材料，必須采用鍍鎳鍍銅等金屬化工藝將石墨改性或者添加活性元素的方法，才能解決此問(wèn)題，但這樣必然會(huì)導(dǎo)致制備成本升高。因此，制備與金屬潤(rùn)濕性良好，界面結(jié)合純凈的固體潤(rùn)滑劑是開(kāi)發(fā)高性能固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的關(guān)鍵。
近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，某些三元過(guò)渡族金屬碳化物或氮化物有望成為比較理想的固體潤(rùn)滑劑。這種化合物的分子結(jié)構(gòu)為M-A-X，其中M為過(guò)渡族金屬，A為ⅢA族或ⅣA族元素，X為C或者N。M-A-X相系列材料具有和金屬一樣良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，高硬度，高彈性模量，高剪切模量，良好的熱抗震性能和高溫可塑性，能夠像金屬一樣進(jìn)行加工，也具有和陶瓷一樣具有較高的屈服強(qiáng)度，熔點(diǎn)，熱穩(wěn)定性和良好的抗氧化性能，同時(shí)具有較低的摩擦系數(shù)和優(yōu)異的自潤(rùn)滑性能，良好的抗震性能和抗氧化性等高溫結(jié)構(gòu)性能等。
M-A-X相/金屬基自潤(rùn)滑復(fù)合材料在摩擦過(guò)程中，在摩擦面上形成一層由M-A-X相和基體金屬氧化物組成的自生氧化層，該摩擦層具有填充，隔離和潤(rùn)滑的作用，并減小摩擦系數(shù)和降低摩擦波動(dòng)程度。隨著摩擦磨損過(guò)程進(jìn)行，摩擦層致密度增加，其填充，隔離和潤(rùn)滑作用會(huì)更加顯著；同時(shí)，致密的摩擦層能有效隔絕基體與空氣的接觸，顯著改善抗氧化性能。
Ti3SiC2是M-A-X相中最典型的一種化合物。在Ti3SiC2晶格結(jié)構(gòu)中，Ti和C之間為強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合，Ti-Si鍵在平行于Si的區(qū)域內(nèi)形成不定域電子，類(lèi)似金屬中的自由電子，使其具有良好的導(dǎo)電性，Si原子內(nèi)部以及Si原子和Ti原子之間為弱鍵結(jié)合，類(lèi)似于具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨，使其具有優(yōu)異的自潤(rùn)滑性能。由于Ti3SiC2獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)，使其作為固體潤(rùn)滑劑在主要性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的陶瓷類(lèi)固體潤(rùn)滑劑。
石墨/金屬基復(fù)合材料摩擦層上所形成的氧化膜，在長(zhǎng)時(shí)間高速或高溫的摩擦環(huán)境下，氧化膜表面石墨會(huì)發(fā)生脫落，形成凹坑，氧化膜遭到破壞，無(wú)法產(chǎn)生有效潤(rùn)滑減摩作用，因此石墨/金屬基復(fù)合材料服役溫度偏低。與之相比，在高溫下Ti3SiC2與基體金屬結(jié)合界面會(huì)生成Ti2O、SiO2等，在摩擦層形成致密氧化膜，不易脫落，保證了氧化膜的連續(xù)性，起到有效的潤(rùn)滑減摩作用，氧化膜還能夠起到阻斷空氣作用，使材料擁有極好的高溫抗氧化性能，因此，Ti3SiC2/金屬基復(fù)合材料在高溫和高速摩擦領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì)。