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金属基复合材料的实验研究

狭义相对论Hariprakash, P. Nethaji, K. Prakash

印度泰米尔纳德邦金奈SKR工程学院机械工程系

*通讯作者:
狭义相对论Hariprakash
机械工程系
SKR工程学院
金奈,泰米尔纳德邦,印度
电子邮件: (电子邮件保护)

收到日期:03/03/2021;接受日期:16/03/2021;发表日期:23/03/2021

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摘要

采用液体冶金搅拌铸造技术,将3%、6%、9%的碳化硼和3%、6%、9%的粉煤灰混合在一起,对LM6铝合金进行强化。其中,采用马弗炉将钢筋预热至5000C左右。在载荷变化为1.5kg、3kg和4.5kg,滑动速度为1m/s,滑动距离为1000m的情况下,采用圆盘销装置进行了磨损试验。利用摩擦学数据采集系统研究了混合金属基复合材料的磨损率和摩擦系数。

因此,在汽车发动机零部件的制造中,它具有较高的硬度和强度。Al/SiC/Gr就是其中一种杂化金属基复合材料。近年来,由于复合材料具有较高的独特性,现代工业迅速推出了不同的复合材料。

关键字

格林纳达,职业健康,农用化学品,农药,农业,农民,健康问题

简介

复合材料是由两种或两种以上不同的相(基质相和增强相)组成的材料,具有与任何成分显著不同的体积特性。许多常见的材料(金属、合金、掺杂陶瓷和掺杂添加剂的聚合物)在结构中也有少量的分散相,但它们不被认为是复合材料,因为它们的性质与其基本成分相似(钢的物理性质与纯铁的物理性质相似)。复合材料的优良性能是高刚度、高强度、低密度、高温稳定性、高导电性和导热性、热膨胀系数可调、耐腐蚀、耐磨性提高等。

金属基复合材料在结构设计、电子系统和电子封装等领域有着广泛的应用,是一种极具吸引力的材料。用碳化硅和氧化铝等各种陶瓷增强的铝合金是一种独特的先进复合材料,专为航空航天和商业应用而开发[1-3.].与未增强的金属相比,MMC在强度和弹性模量、耐磨性、抗疲劳性和阻尼能力等方面均有显著提高,此外还具有高温力学性能和低热膨胀性能。由于金属基复合材料的热膨胀系数可以通过改变复合材料中增强物的性质、体积分数和形态来调整,因此铝金属基复合材料的许多应用都需要控制热膨胀特性,以便与其他组分的热膨胀特性相匹配[45].

低CTE和高热导率是电子散热器和空间结构等应用的理想选择。此外,低密度适用于航空航天应用,特别是电气结构应用[6-8].用于电子封装的常规金属包括铜、铝、镍铁合金。然而,这些材料还不能满足先进电子封装应用中低CTE、高导热、低密度和低成本的要求。铝基复合材料是应用最广泛的复合材料之一。铝基复合材料是指轻质高性能铝中心材料。强化材料可以是连续或不连续的纤维、晶须或颗粒,体积分数从百分之几到70%不等。铝基复合材料中常用的增强材料已扩展到包括有机废物,如稻壳灰、椰子壳灰、棕榈油燃料灰、飞灰和甘蔗甘蔗渣。用作增强材料的陶瓷材料包括碳化物、硼化物、氮化物和氧化铝。据报道,这些材料可在铝基复合材料中产生所需的物理和机械性能[9-13].

铝基复合材料由于其高强度重量比、改进的刚度和可控的热膨胀系数,在航空航天、国防和汽车应用领域引起了广泛的兴趣。液态加工技术,特别是搅拌铸造工艺,因其简单易行,是一种很有前途的制备铝基复合材料的方法。

当三种材料同时存在时,称为杂化金属基复合材料。与普通材料相比,混合金属基复合材料具有更高的强度和硬度。因此,在汽车发动机零部件的制造中,它具有较高的硬度和强度。Al/SiC/Gr就是其中一种杂化金属基复合材料。近年来,由于复合材料具有较高的独特性,现代工业迅速推出了不同的复合材料。

文献综述

A, Baradeswaran, S.C.Vetrivel, A. Elaya Perumal, N. Selvakumar和R. Franklin Issac研究了B4C和石墨增强铝杂化复合材料的力学行为、建模和磨损参数优化,得出结论:添加10 wt % B4C和5 wt %石墨颗粒可提高复合材料的耐磨性[1415].

Ashok Kr. Mishra, Vinod Kumar, Rajesh Kr. Srivastava研究了Al- 6061t6 -15% SiCp-15% Al的摩擦学性能优化2O3.采用田口法和灰色关联分析对复合材料进行了研究,结果表明:SiC和Al的掺入对复合材料的性能有显著影响2O3.颗粒通过在销面和衬面之间形成保护层来提高复合材料的耐磨性。它对摩擦磨损深度有显著影响。

拉迪卡,萨勃拉曼尼安。Venkat Prasad利用田口的技术研究了铝/氧化铝/石墨杂化金属基复合材料的摩擦学性能,得出结论:石墨作为初级增强剂可以在销面和反面之间形成保护层,从而提高复合材料的耐磨性,而氧化铝作为次级增强剂也对磨损性能有显著影响。

Muharr em Pul,, Recep Çalin, Ferhat Gül研究了Al-MgO金属基复合材料的磨损,得出结论:复合材料试样的硬度值随着镁增强率的增加而增加,阻力减少而磨损量增加,磨损量随着施加的载荷和颗粒的增加而增加。

K.Umanatha, S.T.Selvamanib, K.Palanikumarc和R.Sabarikreeshwarana研究了AA6061-T6增强SiC和Al的干滑动磨损行为2O3.结果表明,随着增强体体积含量的增加,磨损降低。

s.a.a liidokht A.Abdollah-zadeh h.a assadi研究了外加载荷对杂化金属基复合材料干屏蔽磨损行为和亚表面变形的影响,得出结论:随着MoS含量的增加,杂化金属基复合材料的耐磨性增加2

Uthayakumar,S。Aravindan b, K. Rajkumar研究了Al-SiC-B4C杂化复合材料在干滑动条件下的磨损性能,认为该杂化复合材料在较高的载荷和较高的滑动速度下表现不佳。当滑动速度达到4m/s时,磨损率和摩擦系数随速度的增加而减小。

K.R. Padmavatha和R.Ramakrishnan博士研究了铝基杂化金属基复合材料的摩擦学行为,得出结论:SiC和MWCNT增强铝具有更好的干磨料磨损性能,复合材料的硬度随着杂化比的增加而增加。

K.Umanatha、S.T.Selvamanib、K.PalanikumarKc和D.Niranjanavarmaa对搅拌铸造法铸造的AA6061杂化复合材料的金属-金属磨损表面进行了研究,得出结论:随着增强颗粒体积分数的增加,测试材料的孔隙率增加。

实验

对于销盘磨损试验,需要两个试样。一种是带有半径尖端的销,与另一种垂直放置,通常是一个扁平的圆形圆盘。一个球,紧紧地握住,常被用作大头针标本。试验机使圆盘试样或销钉试样围绕圆盘中心旋转。在这两种情况下,滑动路径都是磁盘表面上的一个圆。磁盘的平面可以是水平的,也可以是垂直的。不同方向的磨损结果可能不同。销钉试样在指定的载荷下压在圆盘上,通常是通过一个臂或杠杆和附加的砝码。其他加载方法也被使用,如液压或气动。

不同的加载方法可能导致不同的磨损结果。磨损结果分别以立方毫米为单位报告销和盘的体积损失。当测试两种不同的材料时,建议每种材料都在引脚和磁盘位置进行测试。磨损量是通过在试验前后测量两个试样的适当线性尺寸来确定的,或者通过在试验前后称重来确定。

如果使用线性磨损测量,则销钉的长度变化或形状变化,以及盘面磨损轨迹的深度或形状变化(以毫米为单位)由任何合适的计量技术确定,如电子距离测量或触控笔轮廓。线性磨损量通过适当的几何关系转换为磨损量(以立方毫米为单位)。由于质量损失通常太小而无法精确测量,因此在实践中经常使用线性磨损测量。如果测量质量损失,则使用适当的试样密度值将质量损失值转换为体积损失(以立方毫米为单位)。

实验的程序

采用搅拌铸造法制备了铝基金属基复合材料。搅拌铸造前,采用马弗炉将增强体预热至5000C左右,将预热后的增强体加入液态铝合金中,用搅拌铸造装置以500转/分的速度搅拌,将液态的混合金属基复合材料倒入圆柱型模具中。倒入模具后冷却一段时间,得到的复合材料为混合金属基复合材料,如下图所示(图1).

material-sciences-metal-matrix

图1:铝金属杂化金属基体。

铸造后,将材料加工到圆盘上销测试所需的尺寸,并对不同参数进行测试,如负载,滑动距离,速度和时间,并讨论各种结果(图2).

material-sciences-experimental-setup

图2:实验设置。

销的尺寸为销长50mm,销径6mm。加工后将试件插入销座并拧紧。被称为EN31的圆盘被放置在销面和表面的下面。

三种不同百分比的复合材料在外加载荷作用下的摩擦系数变化情况如图1.1所示。当外加载荷为15 N时,3%时的摩擦系数随载荷的增加而增加;当外加载荷为30N时,6%时的摩擦系数随载荷的减小而增加;当外加载荷为(N)时,9%时的摩擦系数随载荷的增加而增加。与3%和6%相比,9%时的摩擦系数较高。摩擦系数的降低主要是由于接触区氧化硼层的形成所起的作用。雷竞技网页版碳化硼易与环境发生反应,形成氧化硼层。氧化硼层的形成受热产生的影响。可以观察到,当负载为30N时,摩擦系数分别下降3%和6%,然后急剧增加。

讨论

碳化硼和粉煤灰加铝合金lm 6增强复合材料在正常载荷下的磨损变化情况如图所示。复合材料的磨损量随着施加载荷(N)的增加而增加。含碳化硼和粉煤灰的铝的减重量呈持续增加趋势,然后随着碳化硼和粉煤灰掺量的增加而急剧增加。

上图为LM6铝合金加碳化硼和粉煤灰增强复合材料在正常载荷下磨损率的变化情况。复合材料试样的磨损率随载荷的增大而减小。因此,当复合材料试样的载荷增加时,磨损率将会降低,而当钢筋的百分比增加时,应用的磨损率将会降低。

碳化硼和LM6铝合金粉煤灰增强复合试样在外加载荷作用下的磨损变化如图所示。随着荷载值和配筋率的增加,重量损失也随之增加。碳化硼和粉煤灰加LM6铝合金增强复合试样的热膨胀系数变化如图所示。得到的热膨胀为线性热膨胀,其结果是热膨胀系数随温度的变化而变化。热膨胀系数随配筋率的增加而减小,试件长度的变化随配筋率的增加而减小。

可以预期,那些因杂草、昆虫、真菌和细菌侵扰而面临生产问题的农民将更普遍地使用农用化学品。如果农民确实使用更安全的方法来管理生产问题,这是值得赞扬的。结果还可能表明,社会经济问题对格林纳达生产的影响比通常需要化学补救的农艺问题更大。无论如何,应进行进一步研究,以了解农民如何处理不同的生产问题,特别是哪些问题需要或阻碍使用对公共健康有重大影响的农用化学品。还应支持农民使用良好的农业做法,包括在使用农用化学品时使用保护设备。还应制订一项制度,以监测农用化学品的使用,并使格林纳达的农用化学品管理能够采用循证办法。

结果显示,接受技术援助的农民不太可能使用农用化学品,因此出现与使用农用化学品有关的健康问题的风险较低。在特立尼达的一项研究中,Ganpat等人发现,每月被推广人员访问1-4次的农民比每月被推广人员访问5次或以上的农民更符合GAP。特立尼达的这项研究很有趣,它表明对技术援助的高需求可能与不良的农业做法有关,其中也包括不适当使用农用化学品。虽然在格林纳达没有调查曾经使用过农用化学品和推广干事访问次数的比值比,但调查结果可能表明技术干事普遍倾向于限制农用化学品的使用。这可能证明有必要区分多少技术支助用于预防,多少支助用于解决问题。人们认识到,有必要了解格林纳达的技术支助、农业做法,特别是农用化学品的使用之间的关系。

在格林纳达,获得信贷的机会和农场/农民住所的位置也可能表明是否有可能购买农用化学品和其他商业资源。只有约12%的农民报告他们在农业生产中使用农用化学品,这表明格林纳达绝大多数生产者都是自给自足的农民。然而,小型和兼职(自给自足的农民)农民不太可能为生产申请信贷,这可能解释了为什么没有获得信贷的农民曾经使用过农用化学品的优势比<1。最大的两家农业用品商店也位于圣乔治镇,在市区居住或拥有农场的农民可能更容易获得化学品。圣约翰是格林纳达第二贫穷的教区,也被称为“格林纳达渔都”。因此,圣约翰的农民最不可能从事需要大量使用农用化学品的商业化农业,这是可以理解的。新鲜农产品市场是解决滥用农用化学品和健康风险的另一个关键切入点。向市场销售农药的农民使用农药的可能性至少是不向市场销售农药的农民的3倍。受管制的市场通常要求产品对消费者是安全的,并可能不鼓励频繁使用农用化学品。然而,农业化学品的使用正在增加,以保护作物免受新出现的和传统的问题。 As such, the SCT construct of expected outcome may provide a plausible explanation for why farmers with market presence used agrochemicals more frequently than farmers without market presence. However, the safe use of agrochemicals can be promoted through reinforcement, concessions and other incentives from markets.

结果显示,与家庭成员或非家庭成员共同拥有土地的农民使用过农药的概率略高,因此因接触农药而出现健康问题的风险更高。除了农民,土地的其他所有者也可以提供劳动力和其他支持或参观农场。在此过程中,家庭成员和其他居民可能会接触到危险化学物质。其他国家的研究表明,家庭成员因协助农场和农民不良的卫生习惯而面临健康问题的风险。因此,有必要进行进一步研究,以了解格林纳达家庭和社区成员的农业实践风险。应制定和实施适当的干预措施,以解决农场环境以外的暴露问题。

结论

总之,该研究得出了格林纳达农民的社会经济特征与可能导致农民经历睡眠呼吸暂停、类风湿性关节炎、LINE-I DNA甲基化减少以及过敏性和非过敏性喘息的农用化学品使用频率之间关系的结果。从结果中可以清楚地看出,商业活动对支出有直接影响,而收入对农民使用农用化学品的决定影响最大。因此,这项研究主要为卫生部和农业部提供了重要信息,可用于宣传活动,以提高格林纳达的认识、建设能力和应对公共卫生挑战。这项研究的一个局限性是没有报告农民使用的具体农用化学品。虽然结果大致说明了格林纳达农民因使用农用化学品而可能遇到的健康问题,但鼓励开展进一步研究,以全面和深入地了解格林纳达的农用化学品使用和健康风险。通过使用这项研究的结果,可以避免采用特别方法,并可以更好地将干预措施纳入主流,以改善农用化学品使用方面的管理;监测和控制农用化学品的使用;并弥补知识、实践和系统方面的差距,以改善和维护格林纳达公民的健康和福祉。此外,这项研究有助于缩小加勒比区域在使用农用化学品对健康的潜在影响方面的知识差距。其他加勒比国家也普遍使用百草枯、草甘膦和西威利。 By addressing the excessive of use of these chemicals and the lack of use of personal protective equipment significant benefits to public health can be realized.

参考文献

全球科技峰会