scholarly journals Tribological Performance of Graphite Nanoplatelets Reinforced Al and Al/Al2O3 Self-Lubricating Composites

Materials ◽  
2021 ◽  
Vol 14 (5) ◽  
pp. 1183
Author(s):  
Emad Omrani ◽  
Afsaneh Dorri Moghadam ◽  
Ashish K. Kasar ◽  
Pradeep Rohatgi ◽  
Pradeep L. Menezes

In the present work, the effect of graphite nanoplatelets (GNPs) on tribological properties of the aluminum (Al), and Al/alumina (Al2O3) composite are studied. GNPs are multilayer graphene sheets which were used as a solid lubricant material. Two sets of composites, Al/GNPs and Al/GNPs/Al2O3 with varying amounts of reinforcements, were synthesized by powder metallurgy that involves cold compaction followed by hot compaction. The hardness of the composites increased with the addition of GNPs and Al2O3. The Al/GNPs composite with 1 wt.% of GNPs (Al/1GNPs) showed a 20% increase in hardness whereas Al/GNPs/ Al2O3 composite with 1 wt.% GNPs and 2 wt.% Al2O3 (Al/1GNPs/2Al2O3) showed 27% increases in hardness compared to the pure Al. The coefficient of friction measured at 20 N was observed to be 22% and 53% lesser for Al/1GNPs and Al/1GNPs/2Al2O3, respectively, compared to corresponding alloys without graphene Al. The X-ray diffraction and scanning electron microscopy analysis revealed the presence of GNPs at the worn surface after the tribology tests. The wear rate was also reduced significantly. In comparison with pure Al, the Al/1GNPs and Al/1GNPs/2Al2O3 composites resulted in 5- and 20-times lesser wear rate, respectively. The addition of Al2O3 caused reduction in wear rate due to higher hardness and load carrying ability, whereas composites with more than 1 wt.% GNPs showed higher wear rate due to lower hardness and higher porosity. The Al/1GNPs/2Al2O3 composite exhibited the least coefficient of friction (0.2–0.25) and wear rate (1 × 10−6–4 × 10−6 mm3/N.m) compared to other GNPs and Al2O3 reinforced Al composites. The worn surfaces were further analyzed to understand the wear mechanism by Raman spectroscopy, transmission electron microscopy, and x-ray diffraction to detect the Al4C3 phase formation, chemical bonding, and defect formation in graphene.

2007 ◽  
Vol 561-565 ◽  
pp. 2163-2166 ◽  
Author(s):  
H.Z. Abdullah ◽  
Charles C. Sorrell

Rutile nano-powders were suspended in a solution of acetylacetone and iodine. The suspensions were electrophoretically deposited on titanium foil at a voltage range of 5-30 V over times of 5-120 s. The dried tapes then were sintered at 800°C for 2 h in flowing argon. Both the green and fired tapes were examined by field emission scanning electron microscopy, optical microscopy, X-ray diffraction, and Raman microspectroscopy. The thickness of the films depended on the voltage and the time of deposition. The sintered microstructures depended significantly on the thickness of the film, which was a function the proximity to the Ti/TiO2 interface. The interface is critical to the microstructure because it acts as the source of defect formation, which enhances sintering, grain growth, and grain facetting.


2014 ◽  
Vol 941-944 ◽  
pp. 280-283
Author(s):  
Xiao Yang Wang ◽  
Hong Qiang Ru

SiC particle-reinforced Cu-Fe based braking materials were fabricated by the P/M hot pressing method. The phase composition, microstructure and the worn surface of the composite were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD).The tribological properties were evaluated using a disk-on-disk type laboratory scale dynamometer. Results indicate that the friction coefficient is 0.42 in 6800rpm, 0.7MPa. With the increase of rotation speeds the coefficient of friction and stable rate were decreased.


2011 ◽  
Vol 9 (1) ◽  
pp. 47-51 ◽  
Author(s):  
Péter Kun ◽  
Ferenc Wéber ◽  
Csaba Balázsi

AbstractGraphene multilayers have been prepared by mechanical method based on milling graphite in high efficient attritor mill. The results showed that the best dispersion media is ethanol, and 10 hours of intensive milling proved to be the most efficient way to separate the graphite layers as it was shown by scanning electron microscopy and X-ray diffraction measurements.


Author(s):  
Kali Dass ◽  
SR Chauhan ◽  
Bharti Gaur

An experimental study has been carried out to investigate the mechanical and tribological characteristics of chopped carbon fiber (CCF) reinforced epoxy composites filled with nano-Al2O3 particulates, as a function of fiber and filler contents. The experiments were conducted using a pin-on-disc wear test apparatus under dry sliding conditions. The coefficient of friction and specific wear rate of these composites was determined as a function of applied normal load, sliding velocity, sliding distance, and reinforcement content. The tensile, flexural, and compression strengths of ortho cresol novalac epoxy and chopped carbon fiber (OCNE/CCF) filled composites are found to be within the ranges of 48–58.54 MPa, 115–156.56 MPa, and 48–61.15 MPa. Whereas the tensile, flexural, and compression strengths of OCNE/CCF/Al2O3-filled composites are found to be within the ranges of 96–110 MPa, 176–204.66 MPa, and 72–85.65 MPa, respectively. It has been observed that the coefficient of friction decreases and specific wear rate increases with increase in the applied normal loads. Further increases in the fiber (6 wt%) and particle (3 wt%) contents in the epoxy matrix resulted in a decrease of both the mechanical and tribological properties, but remains above that of the CCF reinforced epoxy composites. The worn surfaces of composites were examined with scanning electron microscopy equipped with energy dispersion X-ray analyzer and X-ray diffraction analysis technique to investigate the wear mechanisms.


2015 ◽  
Author(s):  
Αναστάσιος Πατσίδης

Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν πειραματικά σειρές σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας, με παράμετρο τον τύπο και την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση. Ως μήτρα χρησιμοποιήθηκε εποξειδική ρητίνη υψηλών προδιαγραφών. Ως ενισχυτική φάση χρησιμοποιηθήκαν μικροσωματίδια, νανοσωματίδια τιτανικού βαρίου και αποφλοιωμένα γραφιτικά νανοεπίπεδα (exfoliated graphite nanoplatelets). Η επιλογή των υλικών είχε ως στόχο να εκμεταλλευτούν σε κοινό σύνθετο σύστημα οι «θετικές» ιδιότητες των συστατικών του, όπως η θερμο-μηχανική σταθερότητα της μήτρας, η υψηλή διαπερατότητα και η σιδηροηλεκτρική συμπεριφορά του τιτανικού βαρίου και οι καλές μηχανικές ιδιότητες μαζί με την υψηλή ειδική αγωγιμότητα των αποφλοιωμένων γραφιτικών νανοεπιπέδων.Παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν τα παρακάτω συστήματα σύνθετων υλικών, για διάφορες περιεκτικότητες σε ενισχυτική φάση: (α) σύστημα μικροσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης,(β) σύστημα νανοσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης,(γ) σύστημα αποφλοιωμένων γραφιτικών νανοεπιπέδων/εποξειδικής ρητίνης, (δ) υβριδικό σύστημα μικροσωματιδίων τιτανικού βαρίου/νανοσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης,(ε) υβριδικό σύστημα αποφλοιωμένων γραφιτικών νανοεπιπέδων/ νανοσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης. Την παρασκευή των δοκιμίων ακολούθησε πολύπλευρος χαρακτηρισμός τους. Για λόγους αναφοράς παρασκευάστηκε και μελετήθηκε και δοκίμιο μη ενισχυμένης ρητίνης. Η μορφολογία τους διερευνήθηκε με την τεχνική της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (scanning electron microscopy) και την τεχνική σκέδασης ακτίνων-Χ (x-ray diffraction scattering). Διαπιστώθηκε η επιτυχής διασπορά των νανο-εγκλεισμάτων αλλά και η ύπαρξη μικρών συσσωματωμάτων. Τα φάσματα σκέδασης ακτίνων-Χ πιστοποίησαν την παρουσία των πληρωτικών μέσων που χρησιμοποιήθηκαν σε κάθε κατηγορία σύνθετου συστήματος. Ακολούθησε θερμικός χαρακτηρισμός των σύνθετων υλικών, με στόχο τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσής τους. Η μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς των συνθέτων έγινε υπό στατικές και δυναμικές συνθήκες. Η στατική συμπεριφορά εξετάστηκε με την τεχνική κάμψης τριών σημείων σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Διαπιστώθηκε αύξηση του μέτρου ελαστικότητας με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση, σε όλες τις κατηγορίες σύνθετων συστημάτων. Παράλληλα, διαπιστώθηκε μείωση της μηχανικής αντοχής με τη συγκέντρωση πληρωτικού μέσου σε όλες τις κατηγορίες σύνθετων υλικών που μελετήθηκαν. Η δυναμική μηχανική απόκριση μελετήθηκε με την τεχνική της δυναμικής θερμικής ανάλυσης (dynamic mechanical thermal analysis) σε ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Τα ενισχυμένα συστήματα παρουσιάζουν αυξημένες τιμές του μέτρου αποθήκευσης, ενώ οι κορυφές της εφαπτομένης απωλειών επιτρέπουν τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης (Tg). Η Tg φαίνεται να διαφοροποιείται ελαφρά με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση, άλλοτε προς μεγαλύτερες και άλλοτε προς μικρότερες τιμές. Οι διαφοροποιήσεις αυτές εκφράζουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των φάσεων και ίσως την πλήρη ή μη διαβροχή των εγκλεισμάτων από τη μήτρα. Η ηλεκτρική απόκριση των σύνθετων συστημάτων εξετάστηκε με τη μέθοδο της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος, σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων και θερμοκρασιών. Η ανάλυση των πειραματικών δεδομένων έγινε μέσω των φορμαλισμών της ηλεκτρικής διαπερατότητας, του ηλεκτρικού μέτρου και της ειδικής αγωγιμότητας εναλλασσομένου. Η χρήση και των τριών φορμαλισμών προσφέρει τη δυνατότητα εξαγωγής περισσότερων πληροφοριών για τις φυσικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό των συνθέτων. Διαπιστώθηκε η παρουσία δύο διηλεκτρικών χαλαρώσεων που σχετίζονται με την πολυμερική μήτρα. Αυτές αποδίδονται, στη μετάπτωση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση της εποξειδικής ρητίνης (α-χαλάρωση) και στην επαναδιευθέτηση πλευρικών πολικών ομάδων (β-χαλάρωση). Η παρουσία των εγκλεισμάτων στο εσωτερικό της μήτρας εισάγει ηλεκτρική ετερογένεια με αποτέλεσμα την εμφάνιση του φαινομένου διεπιφανειακής πόλωσης (interfacial polarization). Μη δέσμια φορτία συσσωρεύονται στη διεπιφάνεια των φάσεων, όπου σχηματίζουν μεγάλα δίπολα που παρουσιάζουν αδράνεια ως προς τον προσανατολισμό τους, παράλληλα του εφαρμοζόμενου πεδίου. Η διεπιφανειακή πόλωση είναι η πλέον αργή διεργασία και παρατηρείται σε χαμηλές συχνότητες και υψηλές θερμοκρασίες. Το πραγματικό μέρος της ηλεκτρικής διαπερατότητας, όπως και η ειδική αγωγιμότητα παρουσίασαν αύξηση με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση, ιδιαίτερα στην περίπτωση των συστημάτων με γραφιτικά νανοεπίπεδα. Η δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας στα συστήματα διερευνήθηκε με χρήση της πυκνότητας ενέργειας υπό σταθερό ηλεκτρικό πεδίο. Διαπιστώθηκε αύξηση της αποθηκευόμενης ενέργειας με αύξηση της περιεκτικότητας σε ενισχυτική φάση. Τη βέλτιστη συμπεριφορά επέδειξε το σύστημα με τη μέγιστη περιεκτικότητα σε γραφιτικά νανοεπίπεδα.Η δυναμική των χαλαρώσεων μελετήθηκε μέσω διαγραμμάτων Arrhenius, από τα οποία προέκυψαν και οι τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης. Η θερμοκρασιακή γειτνίαση των διεργασιών της α-χαλάρωσης και της διεπιφανειακής πόλωσης οδήγησε σε αλληλοεπικάλυψη των διεργασιών. Από τις ενέργειες ενεργοποίησης που υπολογίστηκαν φαίνεται πως στο δοκίμια της μη ενισχυμένης ρητίνης επικρατεί η συνεισφορά της α-χαλάρωσης, ενώ στα σύνθετα συστήματα επικρατεί η συνεισφορά της διεπιφανειακής πόλωσης. Τα σωματίδια του τιτανικού βαρίου υφίστανται δομικό μετασχηματισμό από την πολική τετραγωνική δομή (σιδηροηλεκτρική φάση) στην μη-πολική κυβική δομή (παραηλεκτρική φάση) σε μία κρίσιμη θερμοκρασία, πλησίον των 130οC. Η μετάβαση αποδείχθηκε μέσω των φασμάτων ακτίνων-Χ και είναι περισσότερο έντονη στην περίπτωση των μικροσωματιδίων.Η λειτουργική συμπεριφορά των συστημάτων σχετίζεται με τη θερμικά διεγειρόμενη δομική μετάβαση από τη σιδηροηλεκτρική στην παραηλεκτρική φάση των εγκλεισμάτων τιτανικού βαρίου, τη μεταβολή του προσήμου του θερμοκρασιακού συντελεστή ειδικής αγωγιμότητας και τη δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας.Η συνύπαρξη σε κοντινές θερμοκρασίες των διεργασιών α-χαλάρωσης και διεπιφανειακής πόλωσης μαζί με την κρίσιμη θερμοκρασία μετάβασης των σιδηροηλεκτρικών εγκλεισμάτων, δυσχεραίνει πολύ την διάκρισή τους. Με την εισαγωγή της διηλεκτρικής συνάρτησης ενίσχυσης (dielectric reinforcing function) έγινε δυνατός ο διαχωρισμός των φαινομένων. Επιπλέον, η συνάρτηση διηλεκτρικής ενίσχυσης προσφέρει τη δυνατότητα εξέτασης της λειτουργικής συμπεριφοράς και της δυνατότητας αποθήκευσης ενέργειας, ανεξάρτητα των γεωμετρικών διαστάσεων του υλικού. Τέλος, το σύνολο των αποτελεσμάτων έγινε αντικείμενο συγκρίσεων και συζήτησης.


2021 ◽  
Author(s):  
Soumendra Ghorai ◽  
Dibyendu Bhattacharyya ◽  
Nirmalendu Patra ◽  
Shambhu Nath Jha ◽  
Anup K Ghosh

Abstract We have methodically investigated the structural, spectroscopic, local atomic structure and magnetic properties of aquatic Zn1-xNixS (0≤x≤0.04) nanocrystals. The structural study of synthesized samples are observed by X-ray diffraction datas with Rietveld refinement. Proficient decrease of lattice parameters and inter-planar spacing are determined on Zn1-xNixS nanocrystals. The nanocrystalline microstructure is identified by high resolution transmission electron microscopy. The sphalerite morphology of doped samples are observed by scanning electron microscopy. Shrinkage of energy band gap is observed for doped nanocrystals. Defect formation due to doping of Ni ion is observed by photoluminescence spectroscopy with cyan color emission. X-ray absorption spectroscopy is employed for identification of local structures surrounding of Zn and Ni sites of Zn1-xNixS nanocrystals. Extended X-ray absorption fine structure investigation evidenced the existence of nanocluster within the lattice of Zn1-xNixS nanocrystals. X-ray absorption near edge structure studies confirmed incorporation of Ni2+ in ZnS lattice of Zn1-xNixS nanocrystals. The single pre-edge feature at Ni K-edge is not relying on concentration of Ni dopant in Zn1-xNixS nanocrystals. The presence of interstitial Ni is identified by significant fraction of Ni-Ni scattering paths on doped samples. Zn1-xNixS nanocrystals exhibit defect persuaded paramagnetism at room temperature.


Materials ◽  
2020 ◽  
Vol 13 (20) ◽  
pp. 4502
Author(s):  
Ashish K. Kasar ◽  
Pradeep L. Menezes

Wear and friction properties of Al2O3 composite reinforced with in-situ formed aluminum borate (9Al2O3·2B2O3) and hexa-boron nitride (h-BN) have been investigated. The initial constituents for the composites were Al2O3, AlN, and H3BO3. The H3BO3 was used as a source of B2O3, where B2O3 reacted with AlN and Al2O3 to form in-situ h-BN and 9Al2O3·2B2O3. Based on the thermodynamic calculation and phase transformation, four different compositions were selected. First, the powders were mixed by ball milling followed by compaction at 10 MPa. The compacted pellets were sintered at 1400 °C in vacuum. The composites were characterized using X-ray diffraction followed by hardness measurement and reciprocating sliding test against alumina and steel balls. The X-ray diffraction results revealed the formation of in situ phases of 9Al2O3·2B2O3 and h-BN that improved the tribological properties. By comparing the tribological performance of different composites, it was found that the hard 9Al2O3·2B2O3 phase maintains the wear resistance of composites, whereas the coefficient of friction is highly dependent on the counter ball. Against alumina ball, the lowest coefficient of friction was observed for the composites with maximum h-BN concentration and minimum aluminum borate concentration, whereas the opposite trend was observed against the steel ball.


Author(s):  
C. Wolpers ◽  
R. Blaschke

Scanning microscopy was used to study the surface of human gallstones and the surface of fractures. The specimens were obtained by operation, washed with water, dried at room temperature and shadowcasted with carbon and aluminum. Most of the specimens belong to patients from a series of X-ray follow-up study, examined during the last twenty years. So it was possible to evaluate approximately the age of these gallstones and to get information on the intensity of growing and solving.Cholesterol, a group of bile pigment substances and different salts of calcium, are the main components of human gallstones. By X-ray diffraction technique, infra-red spectroscopy and by chemical analysis it was demonstrated that all three components can be found in any gallstone. In the presence of water cholesterol crystallizes in pane-like plates of the triclinic crystal system.


Author(s):  
J. M. Galbraith ◽  
L. E. Murr ◽  
A. L. Stevens

Uniaxial compression tests and hydrostatic tests at pressures up to 27 kbars have been performed to determine operating slip systems in single crystal and polycrystal1ine beryllium. A recent study has been made of wave propagation in single crystal beryllium by shock loading to selectively activate various slip systems, and this has been followed by a study of wave propagation and spallation in textured, polycrystal1ine beryllium. An alteration in the X-ray diffraction pattern has been noted after shock loading, but this alteration has not yet been correlated with any structural change occurring during shock loading of polycrystal1ine beryllium.This study is being conducted in an effort to characterize the effects of shock loading on textured, polycrystal1ine beryllium. Samples were fabricated from a billet of Kawecki-Berylco hot pressed HP-10 beryllium.


Author(s):  
Thomas S. Leeson ◽  
C. Roland Leeson

Numerous previous studies of outer segments of retinal receptors have demonstrated a complex internal structure of a series of transversely orientated membranous lamellae, discs, or saccules. In cones, these lamellae probably are invaginations of the covering plasma membrane. In rods, however, they appear to be isolated and separate discs although some authors report interconnections and some continuities with the surface near the base of the outer segment, i.e. toward the inner segment. In some species, variations have been reported, such as longitudinally orientated lamellae and lamellar whorls. In cross section, the discs or saccules show one or more incisures. The saccules probably contain photolabile pigment, with resulting potentials after dipole formation during bleaching of pigment. Continuity between the lamina of rod saccules and extracellular space may be necessary for the detection of dipoles, although such continuity usually is not found by electron microscopy. Particles on the membranes have been found by low angle X-ray diffraction, by low temperature electron microscopy and by freeze-etching techniques.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document