Alumina/graphene composite in friction and wear tests at elevated temperatures

• Autorzy: Wojteczko A. , Wiązania G. , Michalska K. , Łuszcz M. , Wojteczko K. , Rutkowski P. , Ziąbka M. , Kot M. , Pędzich Z.

Warianty tytułu

PL

Kompozyt tlenek glinu/grafen w testach tarcia i zużycia w podwyższonych temperaturach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Alumina materials are of great interest due to their high wear resistance, resistance to corrosion, high strength and low friction. However, studies show that a graphene addition can significantly reduce wear and friction. Even a small addition of platelets results in noticeable changes in the material properties. The presented work describes the results of the ball-on-disc test conducted on two friction pairs: alumina-alumina and alumina/graphene composite - alumina. The tests were conducted at four temperatures: 20, 150, 300 and 500°C in air. Surface profile geometry measurements after the test were used to determine the wear rate. Observation of the surface microstructure after friction was carried out using a scanning electron microscope. The tests showed improvement in the wear resistance and a decrease in the friction coefficient of the composite tested at room temperature compared to pure alumina, while the use of elevated temperatures adversely affected the composite.

PL

Materiały z tlenku glinu cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na wysoką odporność na zużycie, odporność na korozję, wysoką wytrzymałość i niewielkie tarcie. Badania pokazują jednak, że dodatek grafenu może znacznie zmniejszyć zużycie i tarcie. Nawet niewielki dodatek płytek powoduje zauważalne zmiany właściwości. W pracy przedstawiono wyniki badań w teście Ball-on-Disc przeprowadzonych na dwóch parach ciernych: tlenek glinu-tlenek glinu oraz kompozycie tlenek glinu/grafen- tlenek glinu. Badania przeprowadzono w czterech temperaturach: 20, 150, 300 i 500°C w powietrzu. Pomiary geometrii profili powierzchni po próbach wykorzystano do wyznaczenia wskaźnika zużycia. Obserwację mikrostrukturalną zużytych powierzchni prowadzono za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Badania wykazały poprawę odporności na zużycie i zmniejszenie współczynnika tarcia kompozytu badanego w temperaturze pokojowej w porównaniu z czystym tlenkiem glinu, natomiast zastosowanie podwyższonych temperatur miało negatywny wpływ na kompozyt.

Słowa kluczowe

EN

alumina; alumina/graphene composite; wear; friction; ball-on-disc

PL

tlenek glinu; kompozyt tlenek glinu/grafen; zużycie; tarcie; kula-tarcza

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 18, nr 3
• Strony: 162--166
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojteczko A.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Wiązania G.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Machine Design and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Michalska K.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Łuszcz M.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Wojteczko K.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Rutkowski P.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Ziąbka M.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Kot M.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Machine Design and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Pędzich Z.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Zeng P., Rainforth W.M., Stewart T.D., Characterisation of the wear mechanisms in retrieved alumina-on-alumina total hip replacements, Wear 2017, 376-377, 212-222.
• [2] Manojkumar P.A., Gandhi A.S., Kamaraj M., Tyagi A.K., Sliding wear behaviour of alumina coatings prepared from mechanically milled powders, Wear 2014, 313, 1-2, 11-18.
• [3] Xiong F., Manory R.R., The effect of test parameters on alumina wear under low contact stress, Wear 1999, 236, 240-245.
• [4] Gutierrez-Gonzalez C.F., Smirnov A., Centeno A., Fernández A., Alonso B., Rochad V.G., Torrecillas R., Zurutuza A., Bartolome J.F., Wear behavior of graphene/alumina composite, Ceramics International 2015, 41, 7434-7438.
• [5] Rutkowski P., Klimczyk P., Jaworska L., Stobierski L., Zientara D., Tran K., Mechanical properties of pressure sintered alumina-graphene composites, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials 2016, 68, 2, 168-175.
• [6] Ahmad I., Kennedy A., Zhu Q.Y., Wear resistant properties of multiwalled carbon nanotubes reinforced Al2O3 nanocomposites, Wear 2010, 269, 71-78.
• [7] Markandan K., Chin J.K., Tan M.T.T., Recent progress in graphene based ceramic composites: a review, International Journal of Materials Research 2017, 32, 84-106.
• [8] Gutiérrez-Mora F., Cano-Crespo R., Rincón A., Moreno R., Domínguez-Rodríguez A., Friction and wear behavior of alumina-based graphene and CNFs composites, Journal of the European Ceramic Society 2017, 37, 3805-3812.
• [9] Wojteczko A., Wiązania G., Kot M., Pędzich Z., Friction and wear of composites in alumina/zirconia system, Composites Theory and Practice 2018, 18, 1, 51-56.
• [10] ISO 20808:2016 Standard, Determination of friction and wear characteristics of monolithic ceramics by ball-on-disc method.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).