Frank György, Berzsenyi Dániel E. Gimnázium, Sopron Alkalmazott kemény anyagok összetételének és kémiai állapotának vizsgálata igénybevétel (kopás) előtt és után Frank György, Berzsenyi Dániel E. Gimnázium, Sopron MTA MFA NYÁRI ISKOLA 2011 Mentor: Kótis László

Szénszálas Kompozit Alkalmazás: Tulajdonságok: Felhasználása széleskörű (sporteszközöktől az építőiparig). Tulajdonságok: KÖNNYŰ. Nagy a szakítószilárdsága. A szénszálak vastagsága néhány µm. Hosszuk mm-es nagyságrendű.

Vizsgálati módszereink I. Mesterséges mechanikai igénybevétel - koptatás tribométerrel Golyó Ft : Tangenciális erő Fn : Merőleges erő Súrlódási tényező

Vizsgálati módszereink II. Kopási nyomok felületi szerkezetének vizsgálata Erre alkalmas eszköz lehet: PEM (Pásztázó elektronmikroszkóp)

Vizsgálati módszereink III. A kopás során változhat a felületi kémiai összetétel – atomi szintű változások. Vizsgálási módszer: XPS (Röntgen fotoelektron spektroszkópia)

Eredményeink Koptatási görbék: 10N, nyom átmérő 2.4 mm, 7000 kör, Cr - acél golyó A golyó behatolási mélységének változása; max. behatolás 55 µm Súrlódási együttható szakaszos változása

Koptatási görbék: 10N, nyom átmérő 3.5 mm, 1000 kör, Cr - acél golyó A golyó behatolási mélységének változása; max. behatolás 15 µm A kis súrlódás miatt szinte nincs bemélyedés Súrlódási együttható görbe I. szakasza Alacsony súrlódási tényezőjű anyagréteg - csak mátrix anyag (ragasztó)

Koptatási görbék: 10N, nyom átmérő 2.0 mm, 3000 kör, Cr - acél golyó A golyó behatolási mélységének változása; növekvő súrlódási együttható – növekvő behatolás max. behatolás 29 µm Súrlódási együttható görbe II-III. szakasza II. Erősen növekvő súrlódási együttható - Szénszál szövésű réteg elérése, folyamatos a szálak morzsolódása III. Telítődés – apró szén szemcsék + ragasztó (mátrix)

PEM felvételek a vizsgált mintákról Nem koptatott felület 15 m 70 m

A felületi kémiai állapotok változása a kopás miatt: XPS vizsgálat Tipikus szén XPS spektrum

Röntgen forrásunk hʋ= 1486.67 eV Csúcsalak vizsgálat sértetlen és koptatott felületű mintákon Röntgen forrásunk hʋ= 1486.67 eV

nem koptatott koptatott Terület érték nem koptatott koptatott 1-es csúcsalak 4864 29% 7108 39% 2-es csúcsalak 10794 63% 9771 53% 3-as csúcsalak 1399 8% 1568 Összefoglalás A választott kemény anyagnál szakaszos kopási görbe volt megfigyelhető. Ennek magyarázatára egy kopási modelt tételeztünk fel. A feltételezett mechanizmust részben igazolták a PEM vizsgálatok További bizonyítékot részletesebb kísérletek elvégzése adhatna: pl. koptatás magasabb hőmérsékleten (mátrix anyag lágyulása) A koptatott és a sértetlen mintákon végzett XPS vizsgálatok kimutatták a C felületi kémiai kötésállapotainak megváltozását.

Köszönöm a figyelmet, a segítségeket és a lehetőséget !