Hành Vi Mòn của Lớp Phủ Nhôm Oxit Tăng Cường Bằng Ống Nano Carbon Được Phun Plasma Trong Môi Trường Biển và Nhiệt Độ Cao

Journal of Thermal Spray Technology - Tập 20 - Trang 1217-1230 - 2011
Anup Kumar Keshri1,2,3, Arvind Agarwal1,2
1Plasma Forming Laboratory, Mechanical and Materials Engineering, Florida International University, Miami, USA
2High Temperature Tribology Laboratory, Mechanical and Materials Engineering, Florida International University, Miami, USA
3Manufacturing Division, School of Mechanical and Building Sciences, Vellore Institute of Technology, Vellore, India

Tóm tắt

Hành vi mòn của các lớp phủ composite nhôm oxit (Al2O3) tăng cường bằng ống nano carbon (CNT) được nghiên cứu ở nhiệt độ phòng (298 K), nhiệt độ cao (873 K) và trong nước biển. Mất thể tích mòn thấp nhất được quan sát thấy trong nước biển so với sự trượt khô ở 298 và 873 K. Cải thiện tương đối về khả năng chống mòn của lớp phủ Al2O3-8 wt.% CNT so với Al2O3 lần lượt là 72% ở 298 K, 76% ở 873 K và 66% trong nước biển. Sự cải thiện khả năng chống mòn của các lớp phủ Al2O3-CNT được quy cho (i) diện tích che phủ lớn hơn bởi phim bảo vệ trên bề mặt mòn ở nhiệt độ phòng và trong nước biển, (ii) độ bền uốn cao hơn của các lớp phủ Al2O3-CNT nhờ sự kết nối CNT giữa các lớp, và (iii) hiệu ứng chống ma sát của nước biển. Hệ số ma sát trung bình (COF) thấp nhất là 0,55 trong nước biển và cao nhất là 0,83 ở 873 K đối với lớp phủ Al2O3-8 wt.% CNT.

Từ khóa

#Hành vi mòn #lớp phủ composite #ống nano carbon #nhôm oxit #môi trường biển #nhiệt độ cao

Tài liệu tham khảo

K. Balani and A. Agarwal, Process Map for Plasma Sprayed Aluminum Oxide-Carbon Nanotube Nanocomposite Coatings, Surf. Coat. Technol., 2008, 202, p 4270-4277 E.H. Jordan and M. Gell, Nano Crystalline Ceramic and Ceramic Coatings Made by Conventional and Solution Plasma Spray, Nanomaterials Technology for Military Vehicle Structural Applications, RTO-MP-AVT-122, 3-4 October, 2005 G.R. Karagedov and N.Z. Lyakhov, Preparation and Sintering of Nanosized Alpha-Al2O3 Powder, Nanostruct. Mater., 1999, 11, p 559-572 H. Luo, D. Goberman, L. Shaw, and M. Gell, Indentation Fracture Behavior of Plasma-Sprayed Nanostructured Al2O3-13 wt.% TiO2 Coatings, Mater. Sci. Eng. A, 2003, 346, p 237-245 L.L. Shaw, D. Goberman, R. Ren, M. Gell, S. Jiang, Y. Wang, D.T. Xiao, and P.R. Strutt, The Dependency of Microstructure and Properties of Nanostructured Coatings on Plasma Spray Conditions, Surf. Coat. Technol., 2000, 180, p 1-8 Y. Wang, S. Jiang, M. Wang, S. Wang, T.D. Xiao, and P.R. Strutt, Abrasive Wear Characteristics of Plasma Sprayed Nanostructured Alumina/Titania Coatings, Wear, 2000, 237, p 176-185 H.Y. Ding, Z.D. Dai, S.C. Skuiry, and D. Hui, Corrosion Wear Behaviors of Micro-Arc Oxidation Coating of Al2O3 on 2024Al in Different Aqueous Environments at Fretting Contact, Tribol. Int., 2010, 43, p 868-875 A.K. Keshri, J. Huang, W. Choi, and A. Agarwal, Intermediate Temperature Tribological Behavior of Carbon Nanotube Reinforced Plasma Sprayed Aluminum Oxide Coating, Surf. Coat. Technol., 2010, 204, p 1847-1855 X. Lin, Y. Zenga, C. Ding, and P. Zhang, Effects of Temperature on Tribological Properties of Nanostructured and Conventional Al2O3-3 wt.% TiO2 Coatings, Wear, 2004, 256, p 1018-1025 D. Yan, J. He, X. Li, Y. Liu, J. Zhang, and H. Ding, An Investigation of the Corrosion Behavior of Al2O3-Based Ceramic Composite Coatings in Dilute HCl Solution, Surf. Coat. Technol., 2001, 141, p 1-6 I. Ahmad, A. Kennedy, and Y.Q. Zhu, Wear Resistant Properties of Multi Walled Carbon Nanotubes Reinforced Al2O3 Nanocomposites, Wear, 2010, 269, p 71-78 J.W. An, D.H. You, and D.S. Lim, Tribological Properties of Hot-Pressed Alumina-CNT Composites, Wear, 2003, 255, p 677-681 K. Balani, S.P. Harimkar, A.K. Keshri, Y. Chen, N.B. Dahotre, and A. Agarwal, Multiscale Wear of Plasma-Sprayed Carbon-Nanotube-Reinforced Aluminum Oxide Nanocomposite Coating, Acta Mater., 2008, 56, p 5984-5994 D.S. Lim, J.W. An, and H.J. Lee, Effect of Carbon Nanotube Addition on the Tribological Behavior of Carbon/Carbon Composites, Wear, 2002, 252, p 512-517 D.S. Lim, D.H. You, H.J. Choi, S.H. Lim, and H. Jang, Effect of CNT Distribution on Tribological Behavior of Alumina-CNT Composites, Wear, 2005, 259, p 539-544 A.K. Keshri, R. Patel, and A. Agarwal, Comprehensive Process Maps to Synthesize High Density Plasma Sprayed Aluminum Oxide Composite Coatings with Varying Carbon Nanotube Content, Surf. Coat. Technol., 2010, 205, p 690-702 G.R. Anstis, P. Chantikul, B.R. Lawn, and D.B. Marshall, A Critical Evaluation of Indentation Techniques for Measuring Fracture Toughness: Direct Crack Measurements, J. Am. Ceram. Soc., 1981, 64, p 533-538 J. Wang, F. Yana, and Q. Xue, Tribological Behavior of PTFE Sliding Against Steel in Sea Water, Wear, 2009, 267, p 1634-1641 X. Wang, N.P. Padture, and H. Tanaka, Contact-Damage-Resistant Ceramic/Single-Wall Carbon Nanotubes and Ceramic/Graphite Composites, Nat. Mater., 2004, 3, p 539-544 G.D. Zhan, J.D. Kuntz, J. Wan, and A.K. Mukherjee, Single Walled Carbon Nanotube as Attractive Toughening Agents in Alumina Based Nanocomposites, Nat. Mater., 2003, 2, p 38-42 G.D. Quinn and R.C. Bradt, On the Vickers Indentation Fracture Toughness Test, J. Am. Ceram. Soc., 2007, 90, p 673-680 S.S. Kim, Y.H. Chae, and D.J. Kim, Tribological Characteristics of Silicon Nitride at Elevated Temperatures, Tribol. Lett., 2000, 9, p 227-232 J. Li and D. Xiong, Tribological Behavior of Graphite-Containing Nickel-Based Composite as Function of Temperature, Load and Counterface, Wear, 2009, 266, p 360-367 S. Wilson and A.T. Alpas, Dry Sliding Wear of a PVD TiN Coating Against Si3N4 at Elevated Temperatures, Surf. Coat. Technol., 1996, 86-87, p 75-81 FACTSAGE, Thermodynamic Equilibrium Software, Version 5.0, Center for Research in Computational Thermochemistry of the Ecole Polythechnique at the Université de Montréal and GTT-Technologies, GmbH, Aachen, Germany, 2001 Y.S. Feng, S.M. Zhou, Y. Li, and L.D. Zhang, Preparation of the SnO2/SiO2 Xerogel with a Large Specific Surface Area, Mater. Lett., 2003, 57, p 2409-2412 N. Koshizaki, H. Umehara, and T. Oyama, XPS Characterization and Optical Properties of Si/SiO2, Si/Al2O3 and Si/MgO Co-Sputtered Films, Thin Solid Films, 1998, 325, p 130-136 S. Osswald, M. Havel, and Y. Gogotsi, Monitoring Oxidation of Multiwalled Carbon Nanotubes by Raman Spectroscopy, J. Raman Spectrosc., 2007, 38, p 728-736 C. Li, D. Wang, T. Liang, X. Wang, J. Wu, X. Hu, and J. Liang, Oxidation of Multiwalled Carbon Nanotubes by Air: Benefits for Electric Double Layer Capacitors, Powder Technol., 2004, 142, p 175-179 A.G. Evans and B. Marshall, Wear Mechanism in Ceramics, Fundamentals of Friction and Wear of Materials, D.A. Rigney, Ed., ASM International, Metals Park, OH, 1981, p 439-452