Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование трибологических свойств нанокомпозита Al2O3 + Г, полученного методом плазменно-искрового спекания

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2018-84-6-52-57

Полный текст:

Аннотация

Исследовано влияние содержания аллотропной модификации углерода — графена (Г) в интервале концентраций 0,5 – 2,0 % вес. на трибологические, прочностные и структурные характеристики нанокомпозита оксид алюминия — графен (Al2O3/Г). Нанокомпозит получен методом плазменно-искрового спекания при температуре 1550 °C в течение 10 мин и давлении 50 МПа смеси нанопорошков, предварительно подвергнутых ультразвуковому диспергированию в органическом растворителе. Представлены результаты его испытаний на трение и износ без смазки на трибометре под нагрузкой 20 Н при комнатной температуре — при круговом движении рубинового шарика-индентора по диску, кинетического индентирования с определением нанотвердости и модуля упругости, а также наблюдений структуры поверхности изломов и дорожек трения в растровом микроскопе. Для определения микроструктуры в объеме нанокомпозита и подтверждения термической стабильности графена в процессе плазменно-искрового спекания использованы методы просвечивающей электронной микроскопии тонких фольг в темном и светлом полях и Рамановской спектроскопии соответственно. Показано, что введение графена способствует повышению микро- и нанотвердости, модуля упругости, износостойкости на два-три порядка и небольшому уменьшению коэффициента трения. Повышение содержания графена до 2 % вес. изменяет механизм износа от хрупкого отрывом до вязкого сдвигом, что связано с усилением связи матричных зерен и наличием агломератов. Подтверждено отсутствие деградации графена и сохранение его термической стабильности. Морфология частиц графена свидетельствует об их преимущественном расположении внутри зерен корунда и более редком — на границах зерен.

Об авторах

В. В. Столяров
Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН, Москва; Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва
Россия


А. А. Мисоченко
Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН, Москва; Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва
Россия


Е. Г. Григорьев
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва
Россия


А. Г. Жолнин
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва
Россия


Е. А. Кляцкина
Политехнический университет Валенсии, Валенсия
Испания


Список литературы

1. Novoselov K. S. et al. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene / Nature. 2005. Vol. 438. P. 197 – 200.

2. Xia H., Zhang X., Shi Z., Zhao C., et al. Mechanical and thermal properties of reduced graphene oxide reinforced aluminum nitride ceramic composites / Mater. Sci. Eng. 2015. Vol. 639. P. 29 – 36.

3. Kim H. J. et al. Unoxidized Graphene/Alumina Nanocomposite: Fracture and Wear Resistance Effects of Graphene on Alumina Matrix / Sci. Rep. 2014. Vol. 4. P. 5176 – 5185.

4. Centeno A., Rocha V. G., Alonso B., Fernández A., et al. Graphene for tough and electroconductive alumina ceramics / J. Eur. Ceram. Soc. 2013. Vol. 333. P. 201 – 321.

5. Borrell A., Torrecillas R., Rocha V. G., Fernández A., et al. Effect of CNFs content on the tribological behaviour of spark plasma sintering ceramic-CNFs composites / Wear. 2012. Vol. 274. P. 94 – 99.

6. Stankovich S. et al. Graphene-based composite materials / Nature. Vol. 42006. N 42. P. 282 – 286.

7. Zholnin A. G., Kovaleva I. V., Yurlova M. C., Ilina A. M., et al. Uniaxial magnetic pulsed compaction of δ-Al2O3 nano powders followed by conventional and spark-plasma sintering / Phys. Chem. Mat. Procs. 2015. Vol. 2. P. 73 – 79.

8. Yu M., Grasso S., McKinnon R., Saunders T. J., Reece M. J. Review of flash sintering: materials, mechanisms and modeling / Advances in Applied Ceramics. 2016. December. P. 1 – 37.

9. Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / J. Mater. Res. 1992. Vol. 7. P. 1564 – 1583.

10. Kachala V. V., Khemchyan L. L., Kashin A. S., Orlov N. V., Grachev A. A., Zalesskiy S. S., Ananikov V. P. Target-oriented analysis of gaseous, liquid and solid chemical systems by mass spectrometry, nuclear magnetic resonance spectroscopy and electron microscopy / Russ. Chem. Rev. 2013. Vol. 82. P. 648 – 685.

11. Kashin A. S., Ananikov V. P. A SEM study of nanosized metal films and metal nanoparticles obtained by magnetron sputtering / Russ. Chem. Bull. Int. Ed. 2011. Vol. 60. P. 2602 – 2607.

12. ASTM International: (2003) ASTM G99-03: Standard test method for wear testing with a pin-on-disc apparatus. ASTM annual book of standards. — West Conshohocken: ASTM International.

13. Zholnin A. G., Kovaleva I. V., Rytenko V. Yu., Pahilo-Daryal I. O., et al. Effect of particle size of alumina powder on spark-plasma sintering / Phys. Chem. Mat. Procs. 2016. Vol. 1. P. 53 – 63.

14. Golovin Yu. I. Introduction to nanotechnology. — M.: Mashinostroenie, 2007. — 496 p. [in Russian].

15. Klyatskina E. A., Grigoriev E. G., Zholnin A. G., Salvador M. D., et al. Structure and properties of alumina reinforcement with graphene nanoplatelets obtained by spark plasma sintering / J. Ceram. Sci. Techn. 2018.

16. Benavente R., Pruna A., Borrell A., Salvador M. D., et al. Fast route to obtain Al2O3-based nanocomposites employing graphene oxide: Synthesis and sintering / Mater. Res. Bull. 2015. Vol. 64. P. 245 – 251.

17. Inam F., Vo T., Bhat B. R. Structural stability studies of graphene in sintered ceramic nanocomposites / Ceram Int. 2014. Vol. 40. P. 16227 – 16233.

18. Gupta A., Chen G., Joshi P., Tadigadapa S., Eklund P. C. Raman scattering from high-frequency phonons in supported n-graphene layer films / Nano Lett. 2006. Vol. 6. P. 2667 – 2673.


Для цитирования:


Столяров В.В., Мисоченко А.А., Григорьев Е.Г., Жолнин А.Г., Кляцкина Е.А. Исследование трибологических свойств нанокомпозита Al2O3 + Г, полученного методом плазменно-искрового спекания. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018;84(6):52-58. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2018-84-6-52-57

For citation:


Stolyarov V.V., Misochenko A.A., Grigoriev E.G., Zholnin A.G., Klyatskina E.A. Friction and wear of nanocomposite Al2O3 + G processed by spark plasma sintering. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2018;84(6):52-58. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2018-84-6-52-57

Просмотров: 154


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)