納米級(jí)金剛石粉末對(duì)粘接性能影響的研究

前言
　　 納米技術(shù)是近年來(lái)用爆炸技術(shù)合成的新材料。它不但具有金剛石的特性,而且有小尺寸效應(yīng),大比表面積效應(yīng),量子尺寸效應(yīng)等,固而展現(xiàn)出納米材料的特性:在暴轟波中合成的納米基金剛石微粒具有立方組織結(jié)構(gòu),晶格常數(shù)為 :0、3562 ±0、0003納米,晶體密度為3、1克/ cm3,比表面積為300～390 ?O /g。在不同的化學(xué)處理之后,金剛石表面可形成多種不同的官能團(tuán),這種金剛石微粒具有很高的吸附能力。
　　據(jù)報(bào)道: 烏克蘭科學(xué)院制成了含超細(xì)金剛石粉末的金屬潤(rùn)滑劑,其牌號(hào)為 M 5―20和 M 5―21,同未知金剛石粉末的金屬潤(rùn)滑劑相比,它將磨損率降低了1、7～2、0倍,使磨合時(shí)間縮短了1、5～2、4倍,摩擦系數(shù)減少1、25～2、0倍。利用粘涂技術(shù)修復(fù)易損件具有無(wú)變形,工藝簡(jiǎn)單,方便,無(wú)須專(zhuān)門(mén)設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)目前已具備了制備納米級(jí)金剛石粉末的水平,一些場(chǎng)合也利用了金剛石微粒的高硬度、高耐磨性、高導(dǎo)電率、高活性等優(yōu)秀的性能。將納米級(jí)金剛石微粉填加入膠粘劑中,可使膠層結(jié)合強(qiáng)度、耐磨性等性能明顯提高,用這種膠修復(fù)易損件將會(huì)具有更高的可靠性。
　　1 配膠工藝
　　1.1耐磨膠及金剛石粉末加入量的選擇
　　本論文選擇在TG205中加入金剛石微粉進(jìn)行試驗(yàn),所用納米級(jí)金剛石微粒中金剛石含量為40%,石墨為60%,添加量分別為耐磨膠總含量的2%、4%、6%、8%、10%、12%。
　　1.2 主要原材料
　　A組分(微凝膠、E―51、玻纖、分散劑、添加劑、增韌劑、納米金剛石粉)
　　B組分(105、KH―550、DMP―30、白炭黑)
　　1.3配膠工藝
　　首先對(duì)金剛石粉進(jìn)行表面化學(xué)處理,然后將其按比例加入A組分中,再采用人工攪拌、機(jī)械攪拌和研磨等方法,將其最大程度地充分、均勻地分散在A組分中。
　　2涂膠工藝
　　對(duì)試樣進(jìn)行表面處理。采用噴砂的方法進(jìn)行表面處理,并且將處理后的試樣至于干燥器中,以防止已處理表面吸附空氣中水分而生銹。
　　2.1清洗及活化試件表面
　　用脫脂棉蘸丙酮對(duì)試件被粘部位擦拭,并且待丙酮完全揮發(fā)后再進(jìn)行下一步。
　　2.2涂膠
　　在試件表面涂敷一層膠粘劑,用膠量要少,并且用涂膠刀對(duì)涂敷表面進(jìn)行按壓2~3遍,使膠粘劑進(jìn)入試件表面凹坑處,使膠粘劑同被粘接表面完全結(jié)合。然后涂敷結(jié)合層。
　　2.3粘接或涂敷試件
　　對(duì)于拉伸件試樣粘接后用雙手?jǐn)D壓,并用膠帶將粘合處纏上,以保證粘接表面完全接觸;對(duì)于剪切試樣保證試件接觸面積為25×25mm2 ,粘合后立即置于夾具上夾緊,對(duì)于耐磨試樣將其四周用膠帶纏起。
　　2.4固化
　　在室溫固化1小時(shí)后,置于烘箱中加熱至30 ℃ 保溫2小時(shí)后,而后升至60℃ 保溫2小時(shí)隨爐冷卻至室溫后取出。
　　3性能測(cè)試及結(jié)果
　　3.1拉伸強(qiáng)度測(cè)試
　　按GB 2918推薦的試驗(yàn)條件,采用對(duì)偶試樣拉伸法,試樣的材料為45鋼,試驗(yàn)設(shè)備為WE―100液壓式10個(gè)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算。
　　每組試樣不少于3個(gè),取平均值,若其中之一相差太大,誤差超過(guò) ± 20%舍去。通過(guò)拉伸試驗(yàn)表明,如圖(1)所示,添加納米金剛石粉可以大大提高膠層的拉伸強(qiáng)度的,并添加量為4%時(shí)獲得拉伸強(qiáng)度的最大值,其值較之未添加的提高30%,高達(dá)57Mpa。式中:σ―拉伸強(qiáng)度(Mpa)
　　P―試樣破壞時(shí)的最高負(fù)荷(N)
　　A―粘接面積(M?O)
　　3.2伸剪切強(qiáng)度測(cè)試
　　按GB2918推薦的試驗(yàn)條件,試驗(yàn)材料為45鋼,涂膠前將試樣進(jìn)行噴砂處理。試驗(yàn)設(shè)備為10 個(gè)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī),試驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算。
　　τ=P/(B×L)
　　式中τ―拉伸剪切強(qiáng)度(Mpa)
　　P―破壞時(shí)最大負(fù)荷(N)
　　B―試樣粘接面寬度(mm)
　　L―試樣粘接面長(zhǎng)度(mm
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明,如圖(2)所示,添加納米金剛石粉對(duì)膠層的拉伸剪切強(qiáng)度影響最大,此時(shí)的拉伸剪切強(qiáng)度高達(dá)34 Mpa,比未添加的提高近7 Mpa。
　　3.3相對(duì)耐磨性測(cè)試
　　試驗(yàn)采用SKODA―SAVIN摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)試樣基體為45鋼,膠層表面無(wú)缺陷。經(jīng)試驗(yàn)表明,膠層的耐磨性有明顯的提高,4%的納米金剛石粉末膠的耐磨性是45鋼(調(diào)質(zhì))的1、69倍。
　　4結(jié)果分析
　　4.1金剛石添加量少時(shí),金剛石顆粒之間的膠層太厚,不能發(fā)揮金剛石的特性;
　　4.2金剛石添加量合適時(shí),金剛石被膠所包圍,而且膠層不是太厚,能夠發(fā)揮金剛石所固有的特性;
　　4.3如果金剛石顆粒之間相互接觸,其結(jié)合力遠(yuǎn)小于膠層的結(jié)合力,固其機(jī)械性能下降。