frank györgy, berzsenyi dániel e. gimnázium, sopron
DESCRIPTION
Alkalmazott kemény anyagok összetételének és kémiai állapotának vizsgálata igénybevétel (kopás) előtt és után. Frank György, Berzsenyi Dániel E. Gimnázium, Sopron. MTA MFA NYÁRI ISKOLA 2011. Mentor: Kótis László. Szénszálas Kompozit. Alkalmazás: - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Alkalmazott kemény anyagok összetételének és kémiai állapotának vizsgálata igénybevétel
(kopás) előtt és után
Frank György,Berzsenyi Dániel E. Gimnázium,
Sopron
Mentor: Kótis László
MTA MFA NYÁRI ISKOLA 2011
Szénszálas Kompozit• Alkalmazás:
– Felhasználása széleskörű (sporteszközöktől az építőiparig).
• Tulajdonságok:– KÖNNYŰ.– Nagy a szakítószilárdsága.– A szénszálak vastagsága néhány µm.– Hosszuk mm-es nagyságrendű.
Vizsgálati módszereink I.Mesterséges mechanikai igénybevétel - koptatás tribométerrel
Golyó
Ft : Tangenciális erőFn : Merőleges erő
Súrlódási tényező
Vizsgálati módszereink II.• Kopási nyomok felületi szerkezetének vizsgálata• Erre alkalmas eszköz lehet:
– PEM (Pásztázó elektronmikroszkóp)
Vizsgálati módszereink III.• A kopás során változhat a felületi kémiai összetétel – atomi szintű változások.
• Vizsgálási módszer:
– XPS (Röntgen fotoelektron spektroszkópia)
Eredményeink
Súrlódási együttható szakaszos változása
Koptatási görbék: 10N, nyom átmérő 2.4 mm, 7000 kör, Cr - acél golyó
A golyó behatolási mélységének változása; max. behatolás 55 µm
Súrlódási együttható görbe I. szakasza
Koptatási görbék: 10N, nyom átmérő 3.5 mm, 1000 kör, Cr - acél golyó
A golyó behatolási mélységének változása; max. behatolás 15 µmA kis súrlódás miatt szinte nincs
bemélyedés
Alacsony súrlódási tényezőjű anyagréteg - csak mátrix anyag (ragasztó)
Súrlódási együttható görbe II-III. szakasza
Koptatási görbék: 10N, nyom átmérő 2.0 mm, 3000 kör, Cr - acél golyó
A golyó behatolási mélységének változása; növekvő súrlódási
együttható – növekvő behatolás max. behatolás 29 µm
II. Erősen növekvő súrlódási együttható - Szénszál szövésű réteg elérése, folyamatos a szálak morzsolódása
III. Telítődés – apró szén szemcsék + ragasztó (mátrix)
PEM felvételek a vizsgált mintákról
15 m70 m
Nem koptatott felület
A felületi kémiai állapotok változása a kopás miatt: XPS vizsgálat
Tipikus szén XPS spektrum
Csúcsalak vizsgálat sértetlen és koptatott felületű mintákon
Rö
ntg
en f
orr
ásu
nk
hʋ
= 1
486.
67 e
V
Terület érték Terület értéknem
koptatottnem
koptatott koptatott koptatott1-es csúcsalak
4864 29% 7108 39%2-es csúcsalak
10794 63% 9771 53%3-as csúcsalak
1399 8% 1568 8%
Összefoglalás•A választott kemény anyagnál szakaszos kopási görbe volt megfigyelhető. Ennek magyarázatára egy kopási modelt tételeztünk fel.•A feltételezett mechanizmust részben igazolták a PEM vizsgálatok További bizonyítékot részletesebb kísérletek elvégzése adhatna: pl. koptatás magasabb hőmérsékleten (mátrix anyag lágyulása)•A koptatott és a sértetlen mintákon végzett XPS vizsgálatok kimutatták a C felületi kémiai kötésállapotainak megváltozását.
Köszönöm a figyelmet, a segítségeket és a lehetőséget !