前言
纳米技术是近年来用爆炸技术合成的新材料。它不但具有金刚石的特性,而且有小尺寸效应,大比表面积效应,量子尺寸效应等,固而展现出纳米材料的特性:在暴轰波中合成的纳米基金刚石微粒具有立方组织结构,晶格常数为 :0、3562 ±0、0003纳米,晶体密度为3、1克/ cm3,比表面积为300～390 �o /g。在不同的化学处理之后,金刚石表面可形成多种不同的官能团,这种金刚石微粒具有很高的吸附能力。
据报道: 乌克兰科学院制成了含超细金刚石粉末的金属润滑剂,其牌号为 m 5―20和 m 5―21,同未知金刚石粉末的金属润滑剂相比,它将磨损率降低了1、7～2、0倍,使磨合时间缩短了1、5～2、4倍,摩擦系数减少1、25～2、0倍。利用粘涂技术修复易损件具有无变形,工艺简单,方便,无须专门设备等优点。我国目前已具备了制备纳米级金刚石粉末的水平,一些场合也利用了金刚石微粒的高硬度、高耐磨性、高导电率、高活性等优秀的性能。将纳米级金刚石微粉填加入胶粘剂中,可使胶层结合强度、耐磨性等性能明显提高,用这种胶修复易损件将会具有更高的可靠性。
1 配胶工艺
1.1耐磨胶及金刚石粉末加入量的选择
本论文选择在tg205中加入金刚石微粉进行试验,所用纳米级金刚石微粒中金刚石含量为40%,石墨为60%,添加量分别为耐磨胶总含量的2%、4%、6%、8%、10%、12%。
1.2 主要原材料
a组分(微凝胶、e―51、玻纤、分散剂、添加剂、增韧剂、纳米金刚石粉)
b组分(105、kh―550、dmp―30、白炭黑)
1.3配胶工艺
首先对金刚石粉进行表面化学处理,然后将其按比例加入a组分中,再采用人工搅拌、机械搅拌和研磨等方法,将其最大程度地充分、均匀地分散在a组分中。
2涂胶工艺
对试样进行表面处理。采用喷砂的方法进行表面处理,并且将处理后的试样至于干燥器中,以防止已处理表面吸附空气中水分而生锈。
2.1清洗及活化试件表面
用脱脂棉蘸丙酮对试件被粘部位擦拭,并且待丙酮完全挥发后再进行下一步。
2.2涂胶
在试件表面涂敷一层胶粘剂,用胶量要少,并且用涂胶刀对涂敷表面进行按压2~3遍,使胶粘剂进入试件表面凹坑处,使胶粘剂同被粘接表面完全结合。然后涂敷结合层。
2.3粘接或涂敷试件
对于拉伸件试样粘接后用双手挤压,并用胶带将粘合处缠上,以保证粘接表面完全接触;对于剪切试样保证试件接触面积为25×25mm2 ,粘合后立即置于夹具上夹紧,对于耐磨试样将其四周用胶带缠起。
2.4固化
在室温固化1小时后,置于烘箱中加热至30 ℃ 保温2小时后,而后升至60℃ 保温2小时随炉冷却至室温后取出。
3性能测试及结果
3.1拉伸强度测试
按gb 2918推荐的试验条件,采用对偶试样拉伸法,试样的材料为45钢,试验设备为we―100液压式10个万能材料试验机试验结果按下式计算。
每组试样不少于3个,取平均值,若其中之一相差太大,误差超过 ± 20%舍去。通过拉伸试验表明,如图(1)所示,添加纳米金刚石粉可以大大提高胶层的拉伸强度的,并添加量为4%时获得拉伸强度的最大值,其值较之未添加的提高30%,高达57mpa。式中:σ―拉伸强度(mpa)
p―试样破坏时的最高负荷(n)
a―粘接面积(m�o)
3.2伸剪切强度测试
按gb2918推荐的试验条件,试验材料为45钢,涂胶前将试样进行喷砂处理。试验设备为10 个万能材料试验机,试验结果按下式计算。
τ=p/(b×l)
式中τ―拉伸剪切强度(mpa)
p―破坏时最大负荷(n)
b―试样粘接面宽度(mm)
l―试样粘接面长度(mm
通过实验表明,如图(2)所示,添加纳米金刚石粉对胶层的拉伸剪切强度影响最大,此时的拉伸剪切强度高达34 mpa,比未添加的提高近7 mpa。
3.3相对耐磨性测试
试验采用skoda―savin摩擦磨损试验机试样基体为45钢,胶层表面无缺陷。经试验表明,胶层的耐磨性有明显的提高,4%的纳米金刚石粉末胶的耐磨性是45钢(调质)的1、69倍。
4结果分析
4.1金刚石添加量少时,金刚石颗粒之间的胶层太厚,不能发挥金刚石的特性;
4.2金刚石添加量合适时,金刚石被胶所包围,而且胶层不是太厚,能够发挥金刚石所固有的特性;
4.3如果金刚石颗粒之间相互接触,其结合力远小于胶层的结合力,固其机械性能下降。