文摘

这项研究的目的是发展的功能梯度epoxy-based分层复合材料分散与B4C和铅粒子。复合材料是一种新型的发展路线采用路线称为分层成型和养护。各种成分的单一和trilayered复合材料准备通过上述路线。样品准备受到机械和摩擦学的研究结果是在本文中报道。发现单层复合材料的力学性能,包括20%和20% B4C比样品表现出优越的特点与增加的领先。然而,trilayered样品铅核心展示优秀的机械性能。另一方面,trilayered样品的磨损率和质量损失与B4C包层显示最低磨损率比样品铅包层。此外,样品的摩擦系数也展示了更好的性能的单层样本以20%领先。磨损表面分析通过扫描电镜和立体声变焦显微镜显示20%的具体磨损率低的原因导致样品的self-hindrance磨屑在磨损研究进化而来。

1。介绍

越来越需要在材料研究,以满足高性能材料的需求在全球汽车、航空航天、结构性和其他复杂的行业。这导致机械强劲的发展,复合材料摩擦学的更好。复合材料甚至喜欢它的多功能性,它的寿命,以其经济的价格,甚至它在改善材料美学中的作用。混合复合材料,产品或叠加两个或两个以上的材料,是一种很有前途的吸引力的研究人员取代传统的金属材料。虽然产品的问题在于其弱矩阵构成聚合物导致弱层间剪切强度,充分利用复合材料由于其高的比强度、刚度、疲劳行为,和密度(1- - - - - -4]。更需要有一个更好的材料以运输和储存乏燃料,因为传统的铅棺材发现沉重和不安全因其化学特性。环氧树脂是由一些研究人员提出的更大的机械性能和结构的应用程序。具有优良的硬度、抗疲劳强度和固化期间非常小的收缩,使它更适合机械应用程序。同样,环氧矩阵作为一个优秀的材料由于粘附行为种类的增援部队。此外,它还具有良好的稳定性和弹性行为暴露在中子也是一个明显的理由在许多复杂的应用程序中使用环氧树脂(5]。然而,它的落后抗磨和antiabrasive属性不及格。如今,碳化硼(B4C),陶瓷材料,创造了注意力的研究小组由于其优良的机械,摩擦学的和结构属性。此外,硬度和密度等特性使它更适合一些崎岖的应用,比如研磨剂,产品具有良好的耐磨性,甚至在弹道。类似地,B4C具有良好的中子吸收截面餐饮热能中子,也拥有一个原子数密度0.11−3,由于现在用于核产业的有效屏蔽电离辐射(6]。研究支持B的开发4C增强环氧树脂复合材料的力学和摩擦学性能的提高。此外,报告显示B的耐磨性的提高4C复合材料通过增加粒子通过促进锚定机制。然而,研究表明,环氧树脂的有效补充环境之外的增加同样会损害力学性能(7]。同样,铅(Pb)是一种广泛使用的潜在辐射屏蔽材料,还可用于包装、存储和运输的放射性燃料。Pb发现各种应用领域特别是在放射性和屏蔽的放射性环境。在核电行业,存储的乏燃料冷却扮演着一个毋庸置疑的角色而言,安全的生物和非生物物种8,9]。目前,领导棺材为存储和运输的目的乏燃料冷却。然而,由于其高密度导致巨大的重量和机械和摩擦学性能差,有一个深刻的需要一个合适的替代材料,可以满足上述需求。因此,在这项工作中,试图开发高机械和摩擦学的高效B4C颗粒随着铅(Pb)分散环氧层压制品。此外,辐射防护的需要可以通过将确保铅(Pb)粒子。此外,存储容器预计将有良好的机械和摩擦学性能,特别是耐磨损(10]。另一方面,由于安全问题,研究纯铅环氧层压制品几乎是一个空白。因此,在这项工作,试图产生epoxy-based单和trilayered复合材料分散不同成分的B4C和Pb粒子通过分层的成型和养护工业包装和运输路线的首饰盒都有。

2。材料和方法

2.1。材料

矩阵环氧LY566及其相应的固化剂是从Vasavi树脂分公司采购,钦奈。碳化硼粉(B4C)颗粒与颗粒大小10 (99.9%)μ米从作为采购金属集市,新德里和铅(Pb)粉粒子(99.9%)的颗粒大小10μ从αChemika m是采购,孟买。金属粒子受到扫描电镜证实粒子的大小。

2.2。实验方法

所需的复合材料使用铅、碳化硼、和环氧树脂是由使用分层的成型和养护方法,如图1。为此,铅和碳化硼粉混合,制成几个复合样品模具和几个不同的命题。6个样本由各种命题与不同的流程。一些玻璃模具准备复合材料。


图1
分层的成型原理和养护的路线。

模具的尺寸是300 mm×137 mm×3毫米,和所有的样品是用3毫米的厚度。形成表被放置在模具材料的。蜡应用于模具和投影机表在每个样本,卸载后复合材料的固化。准备模具后,6个样品,每一个有不同的命题的铅、碳化硼和环氧树脂。的测量粉末和复合材料的发展做适当的照顾使用口罩和手套,在一个隔离室,分别以避免接触铅或碳化硼粉,当直接联系变得危险。样品准备的细节和密度都列在下表中1和2。

表1
单层的合成样品和样品的密度。
表2
组成trilayered样品和样品的密度。

彻底的混合是通过机械搅拌和超声破碎法过程,以避免粒子的聚集。整个混合过程是速度缓慢,避免气泡的形成,这可能会影响材料的质量。混合后45分钟的液体混合物,混合物倒在玻璃模具和分布均匀。同样,分层样品在一个明确的45分钟的间隔浇注后第一次和随后的层。样品被允许治疗24小时前删除从模具上取下来。分层样品的示意图如图2。


图2
通过分层trilayered样品制作成型的示意图和养护。
2.3。机械的研究

准备测试样品的抗拉强度在仔细坚持ASTM标准ASTM D638(165×13×5毫米3)。弯曲测试是按照ASTM标准尺寸127×13×5毫米3,冲击试验是按照ASTM月规格60×13×5毫米3使用一个悬臂梁式冲击试验机的液压剪的样品。的金相测试样本由使用jeol地产- 5600 lv装备有EDS扫描电子显微镜。

2.4。摩擦学的研究

pin-on-disc磨损试验机(万能工程师,班加罗尔,按照ASTM g - 99标准)是用来进行摩擦磨损试验的样本。五套测试对每个样本进行了30分钟的时间。在运行环境温度和相对湿度是23°C和50±5%,分别。用于测试的样品是10毫米×10毫米×3毫米,接触了硬化合金钢(62 HRC和表面粗糙度R一个= 0.54μ米)阀瓣。样本保存在这样一种方式,样品的厚度是垂直于柜台身体旋转。最初的样品记录其重量和传导后测试为了计算的具体磨损率样本。磨损研究的试验条件表3。具体磨损率是计算使用以下方程: 在哪里 是材料的体积损耗磨损试验期间,l是负载,d滑动的距离或研磨的距离。

表3
磨损试验条件。
2.5。扫描电子显微镜和立体声变焦显微镜图像

拉伸和弯曲断裂的样品和样品的磨损表面进行扫描和分析使用jeol -地产- 6390扫描电子显微镜与X250-X1000放大。此外,对应表面检查使用Motic smz - 168立体声变焦显微镜以识别产生的残留物和碎片穿研究。

3所示。结果与讨论

3.1。拉伸、弯曲和冲击特征

样品的抗拉强度是描述的数据3(一个)和3 (b)。很明显的数据的最大抗拉强度为49.5 MPa获得样本20%的铅。进一步明显,添加Pb含量超过20%减少样品的抗拉强度。它可能归因于样品的脆性增加超出的20%。此外,需要注意的是,一些研究揭示了类似场景的脆化的B4C超过20%。此外,trilayered样品展览性质不同的拉伸性能明显从上面所示的图。样例E分层与20%铅为核心和B4C包层表现出良好的抗拉强度。另一方面,Pb F的示例包层被发现可怜的抗拉强度。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图3
(一)应力-应变曲线。(b)样品的抗拉强度。(c)的抗弯强度样本。(d)冲击能量吸收。

同样,样品的弹性模量降低,增加粒子的添加。弹性模量的降低是明显的应力-应变图描绘在图3(一个)这进一步trilayered样本显示了类似的趋势。很明显的应力-应变曲线发生材料的脆化和相同的行为更像是一种脆性材料。

图3 (c)清楚地描述了各种样品的抗弯强度的趋势。很明显,从图,单层样品含有20%的铅和B4C表现出良好的抗弯强度为50.4 MPa。此外,很明显,铅的成分超过30%的增加降低了抗弯强度。另一方面,与B triple-layered样本4C核心展品挠曲强度低。然而,样本与B4C包层目睹了挠曲强度的增加可能归因于B的优越性能4很明显从图3 (d)影响性能的样品收益率在20%的铅。随着铅的成分增加,样品吸收的能量减少,急剧减少40%的铅。

3.2。金相研究

拉伸金相图4(一)揭示了存在聚集的粒子也可能失败由于脆化的原因。此外,chevron-like模式如图4 (b)表明样品的断裂由于脆性11- - - - - -14]。另一方面,上述故障的原因可以从断口组织如图明显4 (c)。它显示样本由于附着力差的失败在高载荷特别是在样品铅包层。图5描绘了弯曲断口组织,很明显的图添加粒子加载时倾向于撤军的环氧矩阵。这可能是标本的失败背后的显而易见的原因。另一方面,与B triple-layered样本4C核心展品挠曲强度低。然而,样本与B4C包层目睹了挠曲强度的增加可能归因于B的优越性能4C。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图4
(一)SEM图像描述分散粒子的聚集。(b) SEM图像描绘雪佛龙模式。(c)分层trilayered标本。

图5
SEM图像矩阵描述粒子撤军。

冲击能量吸收的标本展示了卓越的结果通过样本20%的铅,而影响性能显著降低铅的加入增加了。这可能是因为穷人的粒子分布矩阵和SEM显微图中描述的是显而易见的6。目睹了类似的趋势,然而,trilayered样品的拉伸和弯曲的研究,即样品的铅芯被吸收的能量在更大程度上与样例和B相比4C核心。这可能是由于铅粒子均匀分散的同时,因为软铅的性质。


图6
冲击断口SEM图像描述粒子的聚集。
3.3。摩擦学的研究

图7(一)显示了样本的具体磨损率也与其他复合材料进行了比较。从样品的图很明显增加含铅量降低复合材料的磨损性能。样品的具体磨损率为20%含铅量展示优秀的耐磨性。这可能是由于强大的债券之间的现有环氧矩阵和碳化硼颗粒。然而,扫描电子显微图像中描述数据7 (c)和7 (d)清楚地显示了微量磨损路径长度。这可能是因为固有耐药行为的磨屑的形成进一步磨损表面由于其强大的界面粘结的矩阵(15- - - - - -17]。这可能是原因,磨屑本身作为抑制剂穿。此外,图7 (b)论述了摩擦系数的各种样品正在研究。清楚确认样品有20%的铅具有良好的耐磨性。此外,数据7 (e)- - - - - -7 (g)清楚地说明的磨损表面trilayered样本。trilayered样品铅芯具有良好的耐磨性,可能是由于碳化硼的事实,是一个非常困难的材料,具有固有的耐磨性作为保护层。这避免了穿跟踪达到样品的内核和显然是明显的从图7 (e)。在高速的样品中,展示了低耐磨性由于摩擦热的产生使环氧矩阵较弱(18- - - - - -22]。另一方面,样品铅包层进行了低速甚至耐磨性差,这可能是由于软铅的性质。此外,很明显从表面的SEM分析,形成疲劳,开槽,龟裂的原因也可能是贫穷的耐磨性与铅含量增加样品(6,22- - - - - -26]。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f)
(f)
(g)
(g)
图7
(一)样本的具体磨损率。(b)摩擦系数的样本。(c, d) SEM图像描绘了磨损表面。(eg)立体显微镜trilayered样品的磨损表面的图像。

4所示。结论

在这项工作中,不同的分层复合环氧树脂基体的样品分散与碳化硼和铅通过分层制造成型和养护技术。样品力学和摩擦学性能进行了研究,结论如下:(我)拉伸强度、弯曲强度和冲击能量的单层样本有20% B4C和20% Pb表现出良好的性能由于甚至在分散过程中粒子分布。(2)然而,机械性能被发现减少增加另外的铅的内容。这可能是因为柔和自然的铅和粒子的聚集在B4C颗粒以及周围的矩阵。(3)trilayered样品的力学性能表现出不同的趋势。样例和B4C包覆比Pb包层的示例展示了更好的性能。这是因为包覆软核心的困难。此外,标本的失败的主要现象是脆性破坏。(iv)与B trilayered样本4C包层展示的机械性能差,可能是因为努力和脆性的本质4C。(v)另一方面,所有的样品表现出特定的耐磨性好。20%的铅和20%的B的单层复合材料4C证明更好的磨损性能相比,所有其他的单层样本。(vi)磨损性能的原因可能是明显的磨屑的self-hindering属性从磨损表面分析。磨损碎片跟着深和长期跟踪显示粒子的强界面结合的矩阵。(七)此外,trilayered样本与B4C B硬包层表现出良好的耐磨性4C包层阻碍了传播的磨损痕迹。(八)另一方面,Pb包层的示例展示了可怜的耐磨性由于软铅包层的性质。(第九)此外,从磨损表面分析,很明显,表面疲劳,开槽,龟裂的原因失败的样品由于磨损。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。