Wpływ dodatków węglowych na właściwości tribologiczne kompozytów spiekanych na osnowie aluminiowej

• Autorzy: Hekner B. , Myalski J.

Warianty tytułu

EN

The influence of carbon additives on the tribological properties of aluminum based composites obtained by sintering

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wpływ rodzaju zbrojenia oraz dodatków węglowych na właściwości tribologiczne materiałów kompozytowych wytworzonych do potencjalnych zastosowań w wysokoobciążonych węzłach tarcia. Analizie poddano wpływ nanorurek węglowych i amorficznej postaci węgla na właściwości tribologiczne kompozytów z osnową aluminiową. Technologia wytworzenia materiałów bazowała na metodach wysokoenergetycznego mielenia proszków w młynach planetarnych, z późniejszym prasowaniem na gorąco w fazie ciekłokrystalicznej. Do badań wykorzystano kompozyty na osnowie aluminium, zbrojone węglikiem krzemu (SiC) lub azotkiem krzemu (Si3N4). Jako dodatki węglowe wykorzystano 1% wag. wielościennych nanorurek węglowych (CNTs) lub 5% wag. cząstek węgla szklistego (GC). Właściwy dobór parametrów mielenia (prędkość, stosunek masy proszku do masy mielników, czas itd.) pozwalał na uzyskanie energii potrzebnej do fragmentacji cząstek ceramicznych do skali nano- lub submicro oraz homogenizację materiału w całej jego objętości. Dokonano oceny właściwości tribologicznych wytworzonych materiałów (współczynnik tarcia, zużycie itp.) w temperaturze otoczenia i w podwyższonej. Badania potwierdziły, że ze względu na pożądaną wartość współczynnika tarcia (COF) oraz mały ubytek masy wytwarzane materiały mogą być stosowane w przemyśle samochodowym, np. na okładziny klocków hamulcowych. Odnotowano wysoką stabilność COF na pożądanym poziomie (0,5–0,8) w szerokim zakresie temperatury (powyżej 400°C). Zastosowanie dodatków węglowych spowodowało poprawę właściwości ciernych. Materiał zbrojony azotkiem krzemu z dodatkiem cząstek węgla szklistego wykazał najlepsze właściwości cierne spośród badanych materiałów.

EN

This paper presents the influence of a type of reinforcement and carbon additives on the tribological properties of composite materials, which were manufactured for potential application in highly loaded friction contacts. The influence of carbon nanotubes and amorphous phase of carbon on the tribological properties of aluminium-based composites was measured. The manufacturing technology of the created materials is based on high-energy milling of powders with subsequent hot pressing at the semi-liquid phase. During research, the aluminium-based composites reinforced by silicon carbide (SiC) or silicon nitride (Si3N4) were produced. The 1 wt.% of carbon nanotubes (CNTs) or 5 wt.% of glassy carbon particles (GC) were used as additives. The proper selection of milling parameters (velocity, ball to powder ratio, etc.) provided an opportunity to obtain the energy level, which was required for the proper fragmentation of reinforcement particles and for the proper homogenisation of composite powder. The tribological properties of wear were measured (coefficient of friction, wear ratio, etc.) at ambient and high temperatures for the manufactured materials. The conducted research confirm that, due to the adequate level of the friction coefficient and low wear, the presented materials can be used in the automotive industry, e.g. like brake pads. High stability at the required level (0.5–0.8) at temperatures higher than 400°C was observed. The application of carbon additions led to the increase of friction properties. The composite reinforced by silicon nitride was characterized by the best friction properties among the analysed materials.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty heterofazowe; nanorurki węglowe; węgiel szklisty; współczynnik tarcia; zużycie

EN

heterophase composite; carbon nanotube; glassy carbon; friction coefficient; wear

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 5
• Strony: 29--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hekner B.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

autor

Myalski J.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

Bibliografia

• 1. Islam M.A., Haseeb A.S.M.A, Kurny A.S.W.: Study of wear of as-cast and heat-treated spheroidal graphite cast iron under dry sliding conditions. Wear, (188), 1–2, 1995, 61–65.
• 2. Tennenhouse G.J., Runkle F.D.: The effects of oxygen on the wear of Si3N4 against cast iron and steel. Wear (110), 1, 1986, 75–81.
• 3. Wang Y.P., Lia D.Y., Parent L., Tian H.: Improving the wear resistance of white cast iron using a new concept – High-entropy microstructure; Wear, Volume 271, Issues 9–10, 29 July 2011, Pages 1623–1628
• 4. Chen R., Iwabuchib A., Shimizub T., Shinc H.S., Mifunea H.: The sliding wear resistance behavior of NiAl and SiC particles reinforced aluminium alloy matrix composites; Wear, Volume 213, Issues 1–2, 30 December 1997, Pages 175–184.
• 5. Dawihl W., Frisch B.: Wear properties of tungsten carbide and aluminium oxide sintered materials; Wear, Volume 12, Issue 1, July 1968, Pages 17–25.
• 6. Alpas A.T., Zhang J.: Effect of SiC particulate reinforcement on the dry sliding wear of aluminium-silicon alloys (A356); Wear, Volume 155, Issue 1, 15 May 1992, Pages 83–104.
• 7. Karbalaei Akbari M., Baharvandi H.R., Mirzaee O.: Nano-sized aluminum oxide reinforced commercial casting A356 alloy matrix: Evaluation of hardness, wear re-sistance and compressive strength focusing on particle distribution in aluminum matrix; Composites Part B: Engineering, Volume 52, September 2013, Pages 262–268.
• 8. Alaneme K.K., Adewale T.M., Olubambic P.A.: Corrosion and wear behaviour of Al–Mg–Si alloy matrix hybrid composites reinforced with rice husk ash and silicon carbide; Journal of Materials Research and Technology, Volume 3, Issue 1, January –March 2014, Pages 9–16.
• 9. Bharatha V., Nagaralb M., Auradic V., Korid S.A.: Friction and wear behavior of Ni–P coated Si3N4 reinforced Al6061 composites; Tribology International; Volume 43, Issue 3, March 2010, Pages 623–634.
• 10. Lim C.Y.H., Leo D.K., Ang J.J.S., Gupta M.: Wear of magnesium composites reinforced with nano-sized alumina particulates; Wear; Volume 259, Issues 1–6, July–August 2005, Pages 620–625.
• 11. Wang T., Shozaki M., Yamamoto M., Kagawa A.: Synergy effect of reinforcement particle, fiber and matrix on wear resistance of hybrid metal matrix composite fabricated by low pressure infiltration process; Materials & Design, Volume 66, Part B, 5 February 2015, Pages 498–503.
• 12. Olszówka-Myalska A., Myalski J., Hekner B.: Tribological characteristics of the magnesium matrix-glassy carbon particles composite manufactured by different casting methods; Conference Papers in Science, Article ID 919308.
• 13. Olszówka-Myalska A., Myalski J., Chrapoński J.: Influence of casting procedure on microstructure and properties of Mg alloy-glassy carbon particle composite; International Journal of Materials Research, Volume 7, March 2015, Pages 741–749.
• 14. Robertson J.: Amorphous carbon; Solid State and Materials Science, Volume 1, no 4, 1989, Pages 557–561.