Odporność na ścieranie kompozytów na osnowie stopu aluminium umacnianych włóknami Al2O3 oraz grafitem

• Autorzy: Naplocha K. , Janus A.

Warianty tytułu

EN

Wear resistance of aluminium matrix composites reinforced with Al2O3 fibres and graphite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono badania odporności na ścieranie, w warunkach tarcia suchego, materiałów kompozytowych zawierających grafit. Wytwarzano kształtki zawierające 6,5-15,0% obj. włókien Al2O3 (Saffil) i 1,5-12,0% obj., które nasycano stopem EN-AC AlSi7Mg metodą bezpośredniego prasowania w stanie ciekłym. Użyte do łączenia włókien spoiwo tworzyło silne połączenia jedynie pomiędzy włóknami Al2O3, gdyż grafit jest niezwilżalny (rys. 1) i został jedynie uwięziony w splocie włókien Al2O3. Jednakże kształtki cechowały się wystarczającą wytrzymałością i przepuszczalnością, co pozwoliło z powodzeniem na nasycanie ich ciekłym stopem. Obserwacje mikroskopowe przełomów kompozytów wykazały słabe połączenie grafit--osnowa (rys. 2). Pomiary ścieralności przeprowadzono na urządzeniu (rys. 3), w którym próbka była dociskana do stalowej przeciwpróbki przesuwającej się ruchem posuwisto-zwrotnym. Badania ścieralności potwierdziły korzystny wpływ grafitu na odporność na ścieranie (rys. 4) oraz poprawę warunków tarcia. Zwiększanie nacisku w prowadzonych pomiarach przyczyniało się do wzrostu zużycia zarówno kompozytów zawierających włókna (rys. 5), jak i płatki grafitowe (rys. 6). Obserwacje mikroskopowe powierzchni tarcia oraz obszarów w ich sąsiedztwie pozwoliły stwierdzić, że grafit jest rozkruszany (rys. 7) i wyciskany z osnowy, pozostawiając zagłębienia, które w trakcie ścierania powiększają się i łączą wzdłuż linii zgodnej z kierunkiem ścierania (rys. 8). Umocniona włóknami tlenku aluminium osnowa może być złuszczana, odsłaniając płatki grafitu (rys. 8a). W przypadku wystąpienia grafitu na dnie wyżłobień dochodzi do uwalniania filmu grafitowego i równoczesnego pogłębiania rowka (rys. 8b).

EN

Tribological characteristics of aluminium matrix composite reinforced with alumina fibres and graphite have been reported. Investigation deals with preparation of preforms with about 6.5-15.0 vol.% Al2O3 fibres (Saffil) and 1.5-12.0 vol.% graphite which were next infiltrated using squeeze casting method. Porous preforms possess suitable permeability, good strength and reveal semi-oriented arrangement of fibres and graphite flakes. The graphite is not wetted by the binder used to join alumina fibres and harden preform, it was possible (Fig. 1) to achieve wetting of alumina fibres only. The composite microstructures exhibit regular arrangement of fibres and rather poor bonding between matrix and graphite ( Fig. 2). Dry wear test were carried out using wear tester (Fig. 3) at room temperature. The effects of applied load and graphite volume fraction on dry sliding friction and wear properties of the hybrid composites were investigated at constant sliding velocity of 0.92 m/s and various loads which in relation to 8 mm diameter of samples corresponds to pressure of P1 = 0.81; P2 = 1.23; P3 = 1.53 MPa. Comparison of wear loss for monolithic Al-Si7 alloy and its composites reveals that alumina fibres considerably improved this property but addition of 5 vol.% of graphite also protected from seizure (Fig. 4). Figure 5 shows the effect of sliding load on volume losses of composite reinforced with 1.9; 2.7; 4.6 vol.% C fibres and 8 vol.% alumina fibres. Under smaller loads composites reveal constant wear loss similar to composites reinforced with carbon flakes (Fig. 6). It is worthy of notice that the composites reinforced with graphite fibres were less sensitive to applied load then both the matrix and the composites with graphite flakes. Wear surface of composite and microstructure near this surface were examined to explain wear behaviour. Crush of graphite fibres and segments of alumina fibres embeded in matrix on wear surface was frequently observed (Fig. 7a). In the case of composite with graphite flakes weak layers of matrix fractured and delaniinated above pocket of graphite (Fig. 7b). It produced cavities of graphite which was next mixed with debris and as the wear test continued this holes joined together along direction of counterpart movement (Fig. 8a). Graphite flakes located under the grooves of the wear surface weaken composite and accelerate wear process (Fig. 8b).

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; włókno; grafit; odporność na ścieranie

EN

composite; fibre; graphite; wear

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 1
• Strony: 3--7
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Naplocha K.

autor

Janus A.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji, ul. Łukasiewicza 3/5, 50-371 Wrocław,

Bibliografia

• [1] Ted Guo M.L., Tsao Chi.-Y.A., Tribological behaviour of aluminium/SiC/nickel-coated graphite hybrid composites, Materials Science and Engineering 2002, A 333, 34-145.
• [2] Lim S.C., Gupta M., Ng W.B., Friction and wear characteristics of Al-Cu/C composites synthesised using partial liquid phase casting process, Materials and Designs 1997, 18, 161-166.
• [3] Kestursatya M., Kim J.K., Rohatgi P.K., Wear performance of copper-graphite composite and a leaded copper alloy, Materials Science and Engineering 2003, A 339, 150-158.
• [4] Yang J.B., Lin C.B., Wang T.C., Chu H.Y., The tribological characteristics of A356.2Al alloy/Gr composites, Wear 2004, 257, 941-952.
• [5] Daoud A., Wear performance of 2014 A alloy reinforced with continuous carbon fibres manufactured by gas pressure infiltration, Materials Letters 2004, 58, 3206-3213.
• [6] Song J.I., Han K.S., Effect of volume fraction of carbon fibres on wear behaviour of Al/Al2O3/C hybrid metal matrix composites, Composite Structures 1997, 39, 309-318.
• [7] Liu Yao-hui, Du Jun, Yu Si-rong, Wang Wei, High temperature friction and wear behaviour of A12O3 and/or carbon short fibre reinforced A1-12S1 alloy composites, Wear 2003, 256, 275-285.
• [8] Du Jun, Liu Yao-hui, Yu Si-rong, Li Wen-fang, Dry sliding friction and wear properties of Al2O3 and carbon short fibres reinforced Al-12Si alloy hybrid composites, Wear 2004, 257, 930-940.
• [9] Mirhabibi A., Rand B., Baghshahi S., Agha Baba Zadeh, Graphite flake carbon composites with a 'sinterable' microbed matrix, Carbon 2003, 41, 1593-1603.