改性树脂粘结SiC颗粒复合材料制备及其性能研究

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在各类的材料磨损形式中,冲蚀磨损是较为常见的磨损形式之一,其广泛存在于现代化工业生产中。随着工业生产设备的大型化,冲蚀使材料的磨损增大,设各的维修费用增加,造成巨大的经济损失。因此,开发新材料的研制以及研究材料的冲蚀磨损过程和机理,对于材料的选用,提高冲蚀磨损工况下工件的使用寿命具有重要的意义。   本文通过改性环氧树脂、酚醛树脂和聚氨酯,制备了改性树脂粘结SiC颗粒复合材料。考察了三种改性树脂与Q235钢以及与SiC颗粒间的剪切强度、拉伸强度和弯曲强度,采用红外光谱分析了其固化、增韧和偶联机理;测试了复合材料的粘结强度和冲蚀磨损性能。通过对复合材料冲蚀磨损形貌SEM的观察,分析并讨论了改性树脂粘结SiC颗粒复合材料的冲蚀磨损机理。研究结果表明:   SiC/树脂复合材料中SiC颗粒占复合材料总质量的66.6wt%时,并且粒径大小为600μm和120μm,配比为3∶1,冲蚀角为30°时,其弯曲强度和冲蚀磨损性能最好。改性环氧树脂胶体组分的最佳配比是E44占纯胶体总质量分数的28.8wt%,E51为28.8wt%,T31为22wt%,PU为20wt%,KH550为3.3wt%;改性酚醛树脂胶体组分的最佳配比是PF占纯胶体总质量分数的74wt%,苯磺酰氯为11wt%,PU为10wt%,KH5505wt%;聚氨酯胶体最佳配方为聚氨酯甲乙组份配比为10∶5时,偶联剂KH550加入量为改性聚氨酯胶体的1wt%。   偶联剂可以改进改性树脂与金属以及改性树脂与SiC颗粒之间的粘结性能。在相同条件下改性树脂胶体使用迁移法添加KH550的要比添加KH560的粘结性能好,且SiC/树脂复合材料的冲蚀磨损性能最好。   增韧剂聚氨酯预聚体的加入量对复合材料的冲蚀磨损性能影响显著,加入量少时,其磨损机制主要体现出脆性材料的特点,以显微切削为主;在一定范围内增大增韧剂的加入量,则制各的SiC/树脂复合材料磨损机制主要显示韧性材料的特点,以疲劳剥落为主。   SiC颗粒对SiC/树脂复合材料冲蚀磨损性有重大影响,SiC颗粒尺寸越大,复合材料抗冲蚀磨损性能越好,并且颗粒级配的复合材料要比单一颗粒的磨损率低;SiC的加入量在66.66wt%左右时,“阴影效应”、“啮合效应”和“粘结效应”相互配合最好,复合材料的冲蚀磨损耐磨性最好。在不同冲蚀角度条件下SiC/树脂复合材料的冲蚀磨损机理不同。低角度时,冲蚀磨损以显微切削及碾压造成树脂胶体及SiC颗粒的脱落为主;高角度时,冲蚀磨损以冲击造成树脂胶体疲劳脱落和SiC颗粒破碎为主。   研究了三种SiC/树脂复合材料以及Q235钢在不同冲蚀角度下的冲蚀磨损机理。建立了复合材料中SiC颗粒尺寸及含量与冲蚀角度数学模型,研究了复合材料中SiC颗粒的尺寸效应,理论上证明了颗粒级配复合材料冲蚀磨损性能优于单一颗粒的内在原因。系统的研究了SiC/树脂复合材料磨损失效过程中改性树脂的断裂方式,分析了冲蚀磨损过程中冲击粒子破坏SiC/树脂复合材料的力学因素,为改性树脂粘结SiC颗粒复合材料的应用提供理论支持。
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学位
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