石墨烯对复合材料性能的影响.docx
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1、石墨烯对复合材料性能的影响摘要:在齿轮用WC-Co复合材料中添加了不同含量石墨烯,并进行了该复合材料的显微组织尧耐磨损性和抗热疲惫性的测试。结果表明:添加10vol%石墨烯,可获得石墨烯分布较为均匀,且耐磨损性能和抗热疲惫性能均得到显著提高的齿轮用复合材料;与未添加石墨烯相比,添加10vol%石墨烯可使200磨损体积减小80%,热疲惫寿命增加209%。关键词:复合材料;石墨烯;齿轮;耐磨损性;抗热疲惫性WC-Co复合材料是齿轮等行业常用的一种复合材料,具有较好的耐磨损性1-2。但是随齿轮行业的发展以及齿轮技术要求的提高,现有的复合材料难以知足齿轮的技术需求,迫切需要进行相应的改善和性能提升。石
2、墨烯是一种新型的特殊材料,其特殊的构造尧性能,使其添加到材料中往往具有无可比较的优异性能3-5。鉴于此,本文在齿轮用WC-Co复合材料中添加了不同含量的石墨烯,研究了石墨烯含量对齿轮用复合材料显微组织尧耐磨损性和抗热疲惫性的影响。1试验材料与方法1.1试验材料试验选用工业级WC尧Co粉和石墨烯,所用WC和Co粉的粒径分布,如图1所示。所用石墨烯的扫描电镜照片,如图2所示。石墨烯在复合材料中的体积分数(vol%)分别为0尧5尧10和15。齿轮用复合材料试样的制备工艺,如图3所示。试样的球磨采用PM-40L型行星球磨机,球料比选用8:1,采用HSL6357型真空烧结炉进行试样烧结。1.2试验方法添
3、加了不同含量石墨烯的齿轮用WC-Co复合材料,其显微组织采用PX-15型金相显微镜进行观察;其耐磨损性能采用MMUD-5B型高温摩擦磨损试验机进行测试,测试参数分别为磨损载荷90N尧相对滑动速度100mm/min尧磨轮转速250r/min尧摩擦磨损总转数2500r尧测试温度分别为25尧200和500,并采用JSM6510型扫描电镜对磨损外表进行观察;其抗热疲惫性能的测试在HG19-SX-5-12型恒温数显箱式电阻炉中进行,在20500进行加热与冷却的热循环,每个试样热循环至80倍显微镜下出现裂纹为止,以出现裂纹的循环次数作为试样的热疲惫寿命。2试验结果及讨论2.1显微组织分析及讨论添加不同含量
4、石墨烯的齿轮用WC-Co复合材料,其显微组织金相照片,如图4所示。可看出,随石墨烯在该复合材料中含量的增加,石墨烯在复合材料中的分布呈现出明显不同的状况。当石墨烯含量为5vol%时,由于石墨烯含量较少,在复合材料中的分布难以均匀;当石墨烯含量增至10vol%时,分布较为均匀且无明显的团圆现象;当石墨烯含量进一步增至15vol%时,出现明显的团圆现象。2.2耐磨损性能测试结果及讨论添加不同含量石墨烯的齿轮用WC-Co复合材料在25尧200尧500测试条件下的耐磨损性能测试结果如图5所示。可看出,与不含石墨烯的齿轮用WC-Co复合材料相比,添加了石墨烯的齿轮用WC-Co复合材料的磨损体积明显减小。
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