Influence of carbon nanotubes and carbon particles on tribological properties in aluminium based composites

This paper presents the tribological characteristics of friction materials manufactured for a high loaded friction point. Composite powders containing 1% carbon nanotubes or 5% glassy carbon particles were produced by high energy milling in planetary mills. High energy during powder preparation led to reinforcement particle fragmentation up to sizes between 0.1÷2 µm. Furthermore, mechano-chemical bonding between the reinforcement and the Al particles used as the matrix was obtained during this process. As a result of the pressing and sintering processes, composite materials with homogeneous reinforcement (SiC) or heterogeneous reinforcement (SiC with addition of 1 wt.% multiwalled carbon nanotubes (CNT) or 5 wt.% glassy carbon particles) were manufactured. The properties of the obtained composite materials were measured during tribological tests at room temperature (25°C) and high temperature (450°C). The tribological research was conducted by the ball-on-disc method, at a distance of 250 m, with a load of 10 N and sliding speed of 0.1 m/s. The analyses of the friction coefficient and wear results revealed the desirable influence of the carbon components especially in increasing the average value and stabilization of the friction coefficient, particularly at room temperature. Moreover, the carbon additions led to a decrease in wear in comparison to the composite reinforced with SiC particles only. The changes in the wear level and friction coefficient value are a result of the differences in the predominant wear mechanism observed between the friction surfaces of the composite materials at room and high temperatures.

---

Przedstawiono charakterystykę tribologiczną kompozytów ciernych do zastosowań w wysokoobciążonych węzłach tarcia. Proszki kompozytowe zawierające 1% nanorurek węglowych lub 5% cząstek węgla szklistego uzyskano metodą wysokoenergetycznego mielenia w młynach planetarnych. Wysoka wartość energii towarzyszącej przygotowaniu proszku kompozytowego prowadziła do fragmentacji cząstek umacniających do wielkości ok 0,1÷2 µm. W procesie mielenia nastąpiło również mechaniczno-chemiczne połączenie cząstek zbrojenia z cząstkami Al stanowiącymi osnowę kompozytu. W wyniku procesów prasowania i spiekania uzyskano materiały kompozytowe zawierające cząstki homofazowe - SiC oraz heterofazowe - SiC z dodatkiem 1% wag. wielkościennych nanorurek węglowych oraz SiC z dodatkiem 5% wag. cząstek węgla szklistego. Właściwości uzyskanych materiałów kompozytowych określono na podstawie badań tribologicznych w temperaturze otoczenia 25°C i w temperaturze podwyższonej 450°C. Badania tribologiczne przeprowadzono metodą ball-on-disc na drodze tarcia 250 m, przy obciążeniu 10 N i prędkości poślizgu 0,1 m/s. Wyniki pomiaru współczynnika tarcia i zużycia wykazały korzystny wpływ komponentów węglowych powodujących podwyższenie oraz stabilizację współczynnika tarcia, szczególnie w temperaturze otoczenia. Stwierdzono, że dodatki węglowe obniżają zużycie kompozytu w porównaniu z kompozytem zawierającym tylko cząstki SiC. Zmiany zużycia i współczynnika tarcia są wynikiem różnych mechanizmów towarzyszących procesom tarcia w temperaturze otoczenia i temperaturze podwyższonej.