稻壳基陶瓷颗粒制备及其对铝基复合材料摩擦学特性的影响

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kyonizuka
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本文以稻壳为原料,采用高温炭化法制备出稻壳基陶瓷颗粒(RHC)。利用化学镀方法制备出镀镍稻壳基陶瓷颗粒(Ni-RHC),研究实现RHC颗粒表面均匀化学镀镍的最优工艺;然后用镀镍颗粒制备成坯体,研究其摩擦学性能;并将镀镍颗粒作为铝基复合材料的增强体,研究其含量对复合材料摩擦学性能的影响。采用单因素和正交试验对RHC颗粒表面镀镍工艺进行优化,考察不同工艺参数对施镀效果的影响。结果表明:影响镀镍的因素顺序是:次亚磷酸钠浓度>温度>pH>时间;RHC颗粒表面镀镍的优化工艺参数为:60℃、180 min、pH=11、次亚磷酸钠浓度为180 g/L。利用扫描电子显微镜,傅里叶红外光谱,X射线衍射等现代分析手段对颗粒表面与结构进行分析,结果表明:傅里叶红外光谱显示RHC有-OH、-CH3、-CH2-、-C6H5等官能团;X射线衍射图显示RHC中无定形碳居多,含有少量的石墨微晶,Ni-RHC中镍的X射线衍射特征峰表明施镀取得成功;SEM/EDS结果再次验证了RHC颗粒表面已成功镀上镍层,颗粒主要含有碳、硅、磷、镍和氧5种元素。利用冷压制成型技术将RHC和Ni-RHC颗粒制备成稻壳基陶瓷坯(RHA)和镀镍稻壳基陶瓷坯(Ni-RHA)摩擦材料;研究载荷和转速对其摩擦性能的影响。结果表明,同等条件下,Ni-RHA磨损体积相对于RHA降低100倍左右,在高载荷和速度条件下Ni-RHA减摩性能较RHA好。研究发现,在RHA对磨件钢球表面有一层黑色附着物,主要组成元素为C和O,对钢球表面碳进行拉曼分析。结果表明RHA对偶钢球表面碳发生了一定程度的石墨化。Ni-RHA由于在摩擦过程中镍首先剥落到摩擦界面形成连续的保护层,进而起到抗磨的功效。将制得RHC和Ni-RHC颗粒作为增强相,通过冷压烧结工艺得到RHC/Al和Ni-RHC/Al复合材料。研究不同颗粒添加量对复合材料的摩擦性能影响,结果表明当添加量为15 wt%时,磨损体积最小。复合材料的硬度测试结果表明,Ni-RHC/Al复合材料的硬度同比高于RHC/Al。进一步添加5 wt%MoS2,该复合材料抗磨性能有了进一步的提升,这归因于MoS2的抗磨减摩功效。磨损机理的研究结果表明,纯基体材料在摩擦过程中产生严重的塑性变形和粘着磨损。添加RHC硬质颗粒由于具有一定的承载能力,使得整体复合材料的抗磨性能得到有效的提升,但同时也容易导致摩擦过程中由于颗粒剥落产生磨粒磨损。添加Ni-RHC颗粒,摩擦作用首先使得颗粒表面金属镍剥落,从而有效改善了摩擦界面的进一步磨损。
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