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Al基复合材料耐磨特性的研究

时间:2014-12-29  来源:中国球磨机网  作者:[db:作者]  浏览次数:733
  成分质量分数活性Al硬脂酸Al基复合材料耐磨特性的研究侯丽丽齐齐哈尔职业学院机电工程系,黑龙江齐齐哈尔161005 /Al复合材料、10MWCNT/Al复合材料。在载荷为100 g,滑动速度为0.5 m/s条件下,对上述4种组分的Al基复合材料的耐磨性进行了测量,结果表明:5MWCNT5Al /Al复合材料磨损量*小,磨损形式为磨粒磨损。

  1试样的制备1.1粉末冶金原料基体原料:工业纯Al,纯度为96.6,粒度是325目,含有的成分如表1所示。

  增强体原料:砂状Al 3,粒度≤12μm,化学成分如表2所示;粗生多壁碳纳米管MWCNT是采用化学气相沉积法CVD制备的。多壁碳纳米管的直径为1015μm,纯度大于80,长度为27μm,密1.2试样的制备过程粗生多壁碳纳米管的纯化:把30 mL浓度为68的浓硝酸倒入放有0.5 g多壁碳纳米管的玻璃管中,然后在KDM型调温电热套中回流8 h,回流的温度在100120℃。接下来用去离子水进行冲洗,试验中采用循环水式多用真空泵进行抽滤,抽滤的次数为45次,PH值为6.85.*后用干燥箱进行干燥,干燥温度为105℃,时间为45 min.

  多壁碳纳米管的超声处理:把纯化后的多壁碳纳米管放在烧杯里,然后加入无水乙醇,加入量为淹没多壁碳纳米管为止。然后放在超声波中分散15 min,*后再烘干。

  广西大学材料加工工程专业,主要从事Al基复合材料耐磨性的研究工作。

  的化学成分成分质量分数灼碱试验研究《现代铸铁》增刊混粉的具体过程如下:1采用直径为5 mm和10 mm的不锈钢小球作为磨球,把要制备的材料按照一定的配比放在球磨罐中,球料比大概在7:1,行星式球磨机的填充系数一般在0.40.6;2往球磨罐加入无水乙醇,加入量占球磨粉末3密封好球磨罐以后用真空泵进行抽真空7 10 min,然后放在球磨机上球磨。

  球磨机的速度是200 r/m.此为自转速度,公转与自转速度比是1:2.一般来说球磨机的速度不能太高也不能太低:球磨机的速度太高,多壁碳纳米管就会变成球状;球磨机的速度太低,达不到把各种粉末混合均匀的要求中等速度。

  球磨时间为2.5 h.一般来说,时间越长,粉末混合均匀程度越好。

  按照上述方法球磨了4种不同配比的材料,分Al.采用硬脂酸润滑模壁的方法进行压制,压力为400 kN,保压时间为17 min,脱模的压力随着粉末压坯尺寸的不同而不同。在管式炉中进行烧结,先将块体材料放入管中,再用真空泵抽2 h的真空,然后用高频电火花真空检测器检验其真空度,如果在抽完真空的管子上发出的光是白色的,那么就说明真空度比较好。烧结的升温速率为4℃/min,先在400℃保温1 h,目的是为了除去在提纯以及压制中产生容易挥发的气体;然后升温至*终的烧结温度,随炉冷却。

  2摩擦磨损试验设备与方法2.1试验设备摩擦磨损试验是在WTM2E可控气氛微型摩擦磨损试验仪上进行的。磨盘采用GCr15钢,尺寸为50 mm×10 mm,试样经淬火处理,硬度为690用于摩擦磨损试验的试样形状和尺寸见图1所示。在进行试验之前,将样品的头部经800金相砂纸细磨,并用丙酮清洗。

  2.2试验方法试验方法采用销―盘对磨,试验时上部为试样,并固定;下部为对磨盘,处于主动旋转状态。在室温和大气环境下,进行以下条件的干摩擦试验:载荷100 g,摩擦滑动速度0.5 m/s,摩擦时间30 min.

  试样材料:10Al /Al复合材料、10MWCNT/Al复合材料。

  采用扫描电镜观测摩擦磨损试验后各试样的磨痕以及磨屑形貌。

  在设备自带的记录系统记录的摩擦系数―时间关系曲线中,取曲线稳定后的平均摩擦系数值作为确定参数下的摩擦系数。

  采用感量精密分析天平对摩擦磨损试验前后的试样称重,天平型号为BPD,精度为0.000 1 g.

  3摩擦磨损试验结果动速度、相同载荷下的磨损量和摩擦系数。

  试验研究《现代铸铁》增刊磨损量摩擦系数磨损量相同滑动速度、相同载荷、不同含量增强体的Al基复合材料的磨面,以及磨屑如图3.

  由图2可见,当多壁碳纳米管含量为0即没有加入多壁碳纳米管,加入10的Al时,磨损量为0.000 73 g,摩擦系数为0.710;当加入1多壁碳纳米管9 Al,磨损量缓慢增加到0.001 30 g,摩擦系数增加到0.939;当加入5多壁碳纳米管5,磨损量又缓慢下降到0.000 52 g,摩擦系数下降到0.673;当没有加入Al 3,增强体全部为10的多壁碳纳米管时,磨损量急剧增加到0.007 28 g,摩擦系数继续下降到0.620.

  对于在不同含量增强体下的磨损量及摩擦系数的变化解释如下:在没有加入多壁碳纳米管,加入10 Al时,在低载荷下,由于Al基复合材料中的Al硬质点具有承载属性,当软基体在外力作用下被磨后,颗粒将凸显在试样表面上,承受大部分载荷,有利于阻止软基体直接参与摩擦过程。由于Al颗粒硬度高于基体,故能有效地减少磨损,又因为没有加入多壁碳纳米管,基体易被氧化,有氧化膜产生性,如图3a和b所示,磨面上有轻微犁削现象,磨屑为团状,磨损形式为轻微的磨粒磨损。

  当多壁碳纳米管含量为19 Al时,磨面以及磨屑如图3c和d所示,在磨面上犁削现象很少,有划痕产生,出现了大量的颗粒,磨屑仍然是含量为10含量为9含量为5含量为0摩擦系数试验研究《现代铸铁》增刊团状,只不过数量比较多,所以其磨损量增加,表现为磨粒磨损。在磨面上出现的这些颗粒主要是由组成的,因为Al的摩擦系数很高约为于出现大量颗粒的原因,主要是增强体与基体的结合不强,造成了颗粒剥落。

  在多壁碳纳米管含量为55 Al时,因为多壁碳纳米管在基体中的均匀分布起到弥散强化的效果,故Al基复合材料的硬度增大,使得其磨损量下降,耐磨性较好,并且在摩擦磨损过程中,部分剥落的多壁碳纳米管起到润滑作用,减小了摩擦副与Al基复合材料直接的接触摩擦,使Al基复合材料的摩擦系数降低。如图3e和f所示,其磨面很光滑,没有颗粒脱落,而且磨屑数量很少,只有宽而浅的犁沟现象产生,磨损形式为轻微的磨粒磨损。

  当多壁碳纳米管含量为10,即复合材料中不时,如图3g和h所示,磨面上的犁沟很深,而且有剥落现象,磨屑为杂乱的细条状。这是由于多壁碳纳米管含量比较多,容易团聚,复合材料组织不均匀,造成材料的脆性增大,这样可使材料在磨损过程中易产生剥落。此复合材料的磨面上有大量的裂纹产生,如图4所示b是a的局部放大图,裂纹的出现会导致耐磨性下降量分数的增加,在材料表面形成一层碳纳米管薄膜,减少了金属基体与摩擦副的直接接触几率,同时,多壁碳纳米管具有良好的自润滑作用摩擦系数下降。磨损形式为磨粒磨损和疲劳磨损。

  4结束语在载荷为100 g,滑动速度为0.5 m/s,多壁碳纳米管含量为55 Al时,Al基复合材料的磨损量*小,为0.000 52 g,磨损形式为磨粒磨损;当多壁碳纳米管含量为10时,Al基复合材料的磨损量*大,为0.007 28 g,摩擦系数*小为0.620,磨损形式为磨粒磨损和疲劳磨损;当多壁碳纳米管含量时,Al基复合材料的摩擦系数*大,为0.939 g,其磨损形式为磨粒磨损。

  摩擦磨损性能研究[J].材料工程,20076:714.

  试验研究《现代铸铁》增刊

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