Статистическое моделирование Si

Jul 25, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5416 (2023) Цитировать эту статью

443 доступа

Подробности о метриках

Изучены износостойкие свойства матричных гибридных композитов из сплава Al-Mg-Si, изготовленных с использованием тугоплавких соединений на основе Si (SBRC), полученных из золы листьев бамбука (BLA), в качестве дополнительного армирования глиноземом. Результаты эксперимента показывают, что оптимальные потери на износ были достигнуты при более высокой скорости скольжения. Скорость изнашивания композитов увеличивалась с увеличением массы БЛА. %, причем композиты, содержащие 4% SBRC из BLA + 6% оксида алюминия (B4), демонстрируют наименьшие потери на износ при различных рассматриваемых скоростях скольжения и нагрузках износа. С увеличением массовой доли БЛА механизм изнашивания композитов стал преимущественно абразивным. Результаты численной оптимизации с использованием центрального композитного дизайна (CCD) показывают, что при нагрузке износа 587,014 Н, скорости скольжения 310,053 об/мин и уровне состава гибридного наполнителя B4 соответственно минимальная реакция на скорость износа (0,572 мм2/мин), удельную скорость износа (0,212) см2/г·см3) и потери на износ (0,120 г) будут получены для разработанного гибридного композита на основе АА6063. Графики возмущений показывают, что скорость скольжения оказывает большее влияние на потери от износа, тогда как нагрузка при износе оказывает существенное влияние на скорость изнашивания и удельную скорость износа.

Производители постоянно ищут материалы с хорошим соотношением прочности и веса для автомобильной и аэрокосмической промышленности. В связи с этим большой популярностью пользуются композиционные материалы, особенно композиты с алюминиевой металлической матрицей (AMMC), армированные синтетическими материалами, такими как SiC, Al2O3 и т. д.1. Гибридные композиты широко использовались исследователями для достижения улучшенной износостойкости при использовании дисперсного армирования Al2O3 в конструкции AMMC2. Авторы своей работы3 сообщили, что весовой процент (мас. %) арматуры является наиболее значимым фактором, влияющим на скорость изнашивания разработанных ими композитов. Они отметили, что нагрузка и скорость скольжения следуют одновременно в порядке значимости. Результаты исследования4 позволили сделать вывод, что разработанные гибридные композиты демонстрируют превосходную износостойкость по сравнению с базовым сплавом и монолитным композитом соответственно. Статистические результаты, полученные с помощью ортогонального массива с использованием Тагучи для скорости скольжения, приложенной нагрузки, расстояния скольжения и скорости износа, дополнительно подтверждают эти результаты.

В предыдущих исследованиях рисовая шелуха (RH) была успешно использована в производстве тугоплавких соединений на основе Si (SBRC)5. Сообщалось, что эти тугоплавкие соединения содержат политипы SiC, которые могут служить армирующими материалами при проектировании АММК6. Сообщалось об исследовании по сравнению характеристик износа и трения алюминиевого матричного сплава (Al 7075) и алюминиево-металлического матричного композита на основе карбида кремния в сухом состоянии при различных дистанциях скольжения7. Результаты показали, что степень износа АММК, армированных SiC, составляет около 25–45%. С другой стороны, при использовании SiC в качестве армирования в конструкции АММК наблюдалось улучшение износостойкости примерно на 14% по сравнению с монолитным сплавом8.

В этом исследовании мы пытаемся использовать SBRC, полученный из BLA, в качестве дополнительного армирования с оксидом алюминия с использованием центрального композитного дизайна (CCD) для статистического анализа, моделирования и оптимизации экспериментальных результатов. Результаты этого исследования внесут вклад в существующую базу данных по оптимизации выбранных параметров износа тугоплавких соединений на основе Si, полученных из листьев бамбука и армированного глиноземом сплава алюминия 6063 (AA6063).

AA 6063 (Al-Mg-Si) является основным материалом, использованным для этого исследования, который был поставлен в виде слитка местным поставщиком. Элементный состав был получен с помощью искрового спектрометра, и результат показан в Таблице 1. В качестве армирующих материалов, использованных в этом исследовании, используются оксид алюминия с размером частиц 30 мкм и тугоплавкие соединения на основе Si (SBRC), полученные из листьев бамбука с размер частиц < 60 мкм. Магний использовался для улучшения смачиваемости между основным материалом и армирующими элементами. Подробности о пути синтеза для разработки SBRC ранее сообщал5.