纳米fe2o3颗粒填充uhmwpe复合材料摩擦表面的原子力显微分析 afm analysis of micro-wear mechanisms in nano-fe2o3 particle reinforced uhmwpe composite.pdfVIP

第26卷第2期 电子显微学报 V01．26．No．2 2007年4月 of El∞tmn 2007．04 Jou删IalChin瞪e MicroscopySocie留 文章编号：1000．628l(2007)02．0138—04 纳米Fe2 03颗粒填充UHMWPE复合材料 摩擦表面的原子力显微分析 孙 智1，周华茂2，康学勤1，欧雪梅1 (1．中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州221008； 2．中国科学院沈阳金属研究所，辽宁沈阳110016) 考察复合材料的摩擦磨损特性，用原子力显微镜观察分析复合材料摩擦表面的微观形貌，综合分析材料摩擦磨损 的微观机理。结果表明，纳米№0，颗粒填充uHMwPE可有效改善基体材料的摩擦学性能，其微观磨损机理由犁 沟切削失效为主转化为微疲劳失效为主，在原子力显微镜下可以清楚地观察到在摩擦表面突起的纳米颗粒和摩擦 过程中在基体中形成的疲劳痕线。纳米颗粒在基体中的分散是影响材料磨损性能的主要因素。当纳米颗粒出现 团聚时，在颗粒周围会形成微裂纹，从而导致材料磨损加剧。 关键词：纳米Fe203颗粒；uHMwPE；摩擦磨损；微观机理；原予力显微镜 中图分类号：rI．B324；TB333；TGll5．5+8；TGll5．21+5．7文献标识码：A 超高分子量聚乙烯(uHMwPE)具有优异的综合 性能，其耐磨性优于其它常用工程塑料和某些金属， nm．50 nm)由安徽华冶方圆纳米材料有限公司提 滑动摩擦系数可与聚四氟乙烯(盯FE)媲美。对供，其纯度均大于99．3％。 uHMwPE及其复合材料的摩擦磨损规律和机理的 分别填加质量分数为10％和20％的Fe’O，纳 研究在不断深入。uHMwPE优良的摩擦磨损性能 米填料，与uHMwPE混合在研钵中研磨均匀，研磨 来源于其独特的内部结构。通常，uHMwPE的三级 1 h以上，然后在丙酮中超声混合20min。将混料在 结构是由缠结在一起的、规整的线形长分子链构成 烘干箱中烘干，再称量一定量的混合好的粉末混合 的“球晶”所组成，具有较高的结晶度和较强的分子 物放入成型机中压制，加热温度200℃，保温30Illin， 间作用力。填料或增强材料的引入都将不同程度地 压制成直径为22mm的圆柱试样。锯切、打磨后得 改变球晶的形状、大小及其结晶度，从而改变材料的 到待测试样样块，试样尺寸均为7mm×12mm×15 机械和摩擦磨损性能‘“6|。现有的研究表明，适量 mm。 地加入金属及金属氧化物等无机填料都不同程度地 1．2试验分析方法 提高了高聚物的耐磨性或机械性能，其中由于纳米 材料具有的优异性能，在塑料基复合材料的研究中 得到了相当的重视№‘7。，但多数研究集中在纳米颗粒 验机上进行，在室温干摩擦条件下分别考察试样的 对材料摩擦磨损性能的作用。本文应用原子力显微 摩擦学性能。所用对磨材料为454钢淬火回火，外 镜对纳米Fe：O，颗粒填充uHMwPE基复合材料磨 径40mm，长10mm。所有试样用800’水砂纸打磨 损表面形态进行了分析，并在纳米尺度上探讨了颗 抛光，然后用无水乙醇进行清洗。试验载荷为196 粒填充对材料磨损性能的影响。 N，转速200r，min(相当于0．42m／s)。 1实验条件与方津 力矩誊等蓑嘉：：絮?_辫