Вплив вмісту зв’язуючого на фізико-механічні властивості композитних матеріалів типу порошок металу – воскоподібна речовина

Автор(и)

  • В. П. Бондаренко Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля; Україна 04074, Київ-74, вул. Автозаводська, 2
  • О. О. Матвійчук Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля; Україна 04074, Київ-74, вул. Автозаводська, 2
  • О. О. Хусейн Київский політехнічний інститут ім. І. Сікорского" Кафедра матеріалознавства
  • К. Є. Кутах Київский політехнічний інститут ім. І. Сікорского" Кафедра матеріалознавства
  • О. В. Євдокимова Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля; Україна 04074, Київ-74, вул. Автозаводська, 2
  • І. О. Гнатенко Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля; Україна 04074, Київ-74, вул. Автозаводська, 2
  • М. О. Цисар Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля; Україна 04074, Київ-74, вул. Автозаводська, 2

DOI:

https://doi.org/10.31471/1993-9965-2020-2(49)-39-52

Ключові слова:

парафін, віск, порошковий наповнювач, карбонільне залізо, нікель, зв’язуюча система, 3D-друк методом FDM.

Анотація

Наукові основи зі створення робочих матеріалів із воскоподібних високонаповнених композитів для 3D-друку методом FDM ще не достатньо розвинуті. Необхідність розробки таких композитів пов’язана з тим, що високонаповнені воскоподібні композити, з одного боку, мають низькі температури 3D-друку, а, з іншого, воскоподібна речовина має низьку зольність та повністю видаляється під час відпалу та подальшо-го спікання залишкового каркасу з наповнювачем. Досліджено вплив вмісту зв’язуючого на фізико-механічні властивості композитних матеріалів типу порошок металу - воскоподібна речовина у співвідношенні ме-талу до воскоподібної речовини 50/50, 60/40, 70/30, 80/20 % (за об’ємом), а також формозміну композит-них зразків під час їх нагрівання за температури від 61 до 230 ºС. В якості порошку металу використовували карбонільний нікель та карбонільне залізо, а в якості зв’язуючого - бджолиний віск та парафін. Встановлено, що розвинена поверхня частинок значно впливає на залежності густини, мікротвердості та міцності під час стискання композитів від вмісту зв’язуючого. Так, фактична густина композитних зразків після пре-сування менша від розрахованої за формулою адитивності при вмісті зв’язуючого до 40 % (за об’ємом), і тільки при збільшенні вмісту зв’язуючого до 50 % (за об’ємом) фактична густина наближається до розра-хованої адитивної; розвинена поверхня частинок нікелю в декілька разів збільшує міцність композиту порів-няно із залізом при одному і тому ж вмісті зв’язуючого. При цьому залежності мікротвердості значно відрі-зняються: на зразках NG-віск вона має тенденцію до зменшення зі збільшенням вмісту воску, а на зразках Fe-парафін – до збільшення, що обумовлено впливом таких явищ, як адгезія та когезія, механічне зчеплення. Рі-вень міцності композитних зразків з вмістом зв’язуючого 40-50 % (за об’ємом) є достатнім, щоб вони не руйнувалися не тільки в друкуючій головці 3D-принтера, а й під час видалення зв’язуючого при нагріванні. Отримані експериментальні дані можуть бути поширені на інші подібні системи при створені робочих матеріалів для 3D-друку методом FDM на основі порошків карбонільного нікелю та заліза.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Guo N., Leu, M.C. Additive manufactur-ing: Technology, applications and research needs. Frontiers Mechanical Eng. 2013, No. 8. P. 215–243. https://doi.org/10.1007/s11465-013-0248-8.

Cruz N., Santos, L., Vasco J., Barreiros F.M. Binder system for fused deposition of metals. Proceedings of the Euro PM2013. Con-gress & Exhibition (15–18 September 2013, Gothenburg, Sweden). EPMA: Greece, Athens, 2013. P. 79–84. URL: https://www.epma.com/publications/euro-pm-proceedings/product/ep13021.

Ryu S., Han S., Kim J., Moon H., Kim J., & Ko S.W. Tensile and compressive strength characteristics of Aluminized Paraffin Wax Fuel for various particle size and contents. Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers. 2016. Vol. 20, No. 5. P. 70–76. DOI: 10.6108/KSPE.2016.20.5.070.

Ivanovskiy L. E. Entsiklopediya voskov. Tom 1. Voski i ih vazhneyshie svoystva / Per. s nem. V.V. Zotovoy; pod red. kand. geol.-mineral. nauk V.N. Muratova. L.: Gostoptehizdat, 1956. 146 р. [in Russian]

Mohan N., Senthil P., Vinodh S., Jayanth N. A review on composite materials and process parameters optimisation for the fused deposi-tion modelling process. Virtual and Physical Proto-typing. 2017. Vol. 12, No. 1. P. 47–59. DOI: 10.1080/17452759.2016.1274490.

Kadiresh P.N. Mechanical characteristics of paraffin Wax-HTPB based hybrid rocket fuel. Proc. of Int. Conf. of Aerospace and Me-chanical Engineering. 2019. P. 91–103. URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-981-15-4756-0_9

Panyshko Yu. M., Kovtsun V.I., Kozii R.S., Tarasov V.V. Kompleksna kharakterystyka bdzholynoho vosku (Ohliad literatury) Zdorovyi sposib zhyttia: zb. nauk. st. Lviv, 2010. Vyp. 49. P. 20-25. [in Russian]

Tafti A. A., Demers V., Vachon G., Brailovski V. Effect of binder constituents and solids loading on the rheological behavior of irregular iron-based feedstocks. J. Manufactur-ing Sci. Eng. 2021. Vol. 143, No. 3. P. 12.

Solomatov V.I. Razvitie polistrukturnoi teorii kompozitsionnyh stroitelnyh materialov. IVUZ; Stroitelstvo. Novosibirsk, 1985. No 8. P. 58-64. [in Russian]

Solomatov V.I., Bobryshev A.I., Himmler K.G. Polimernye kompozitsionnye materialy v stroitelstve. M.: Stroiizdat, 1988. 308 p. [in Russian]

Tretyakov V.I. Osnovyi metallovedeni-ya i tehnologii proizvodstva spechennyih tverdyih splavov. M.: Metallurgiya, 1976. 528 p. [in Russian]

##submission.downloads##

Опубліковано

30.12.2020

Як цитувати

Бондаренко, В. П., Матвійчук, О. О., Хусейн, О. О., Кутах, К. Є., Євдокимова, О. В., Гнатенко, І. О., & Цисар, М. О. (2020). Вплив вмісту зв’язуючого на фізико-механічні властивості композитних матеріалів типу порошок металу – воскоподібна речовина. Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу, (2(49), 39–52. https://doi.org/10.31471/1993-9965-2020-2(49)-39-52