泥沙颗粒表面力学及摩擦性能测试分析.pdf

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1、第31卷第2期硅酸盐通报Vo1．3lNo．22012年4月BUIJLETINOFTHECHINESECERAMICS0CIETYApril，2012泥沙颗粒表面力学及摩擦性能测试分析雷帆，温彤，吴诗仁(重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044)摘要：本文对材料纳米力学性能测试方法进行了研究，重点分析了颗粒材料纳米压痕测试的原理和方法。针对纳米压痕测试需求，设计了一种简易制样方法，实测了泥沙粒子表面硬度和弹性模量。并利用应变式直剪仪测试了泥沙颗粒表面摩擦性能。结果表明，泥沙颗粒表面纳米硬度及弹性模量分别为1．94GPa和30．57GPa，颗粒表面摩擦系数约为0．65。纳米压痕及直剪试

2、验提供了丰富的颗粒材料近表面弹塑形变形和摩擦信息，是评价泥沙颗粒力学及摩擦性能的有效方法。关键词：直剪试验；泥沙颗粒；硬度；弹性模量；摩擦系数中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1001—1625(2012)02-0426-05TestingAnalysisofMechanicalandFrictionalPropertiesonSandGranularSurfaceLEIFan，WEN，Shi—ren(CollegeofMaterialScienceandEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstra

3、ct：Thetestingmethodsfornanomechanicpropertiesofmaterialswerestudied，andthemainprincipleofnanoindentationtechnologyarenanlyzed．Asimplespecimenpreparationmethodweredesignedforthedemandofmicropropertytest．Thehardnessandelasticmodulusofsandparticlesweretestedbynano—indentationtechniques，thefrictiona

4、lpropeayofsandparticlesweretestedbydirectshearapparatus．Astheresults，thenanohardnessandelasticmodulusofsandparticlesare1．65GPaand26．84GParespectively，andthefrictioncoefficientonthegranularsurfaceisabout0．65．Nanointendationanddirectsheartestscanprovidemoreinformationaboutthenear--surfaceelastic--

5、plasticdeformationandfrictionalproperties，anditisaneffectivewaytoevaluatethemechanicalandfrictionalpropertiesofsandparticles．Keywords：directsheartests；sandparticles；hardness；elasticmodulus；frictioncoefficient引言颗粒材料在自然界和工程中都有广泛的应用，如岩土工程、粉体工程等。宏观上表现为离散颗粒的组合，单个颗粒的尺寸、形状、物理性质以及颗粒分布决定了颗粒体的力学性质。近年来，单个颗

6、粒的物理性质对颗粒体的微观、宏观力学性能的影响已经引起了广泛的重视。相关研究也一直关注不同的颗粒形状、表面性质对材料的微观力学性能的影响，目前这个问题还没有得到很好的解决¨。在材料纳米力学性能的测试分析中，纳米压痕技术是最为常用的手段，该技术利用相应设备对材料的小基金项目：重庆市自然科学基金计划项目(CSTC，2009BB4186)作者简介：雷帆(1989一)，男，硕士．主要从事材料加工CAD／CAM方面的研究．E—mail：leifansmart@sina．corn第2期雷帆等：泥沙颗粒表面力学及摩擦性能测试分析427尺度个体施加作用力，并实时连续记录载荷、位移、深度、时间等参数，从

7、中获取材料力学性能。对于离散介质的摩擦性能测试，目前主流的方法是直剪试验，该方法可以直接反映颗粒材料内聚力及摩擦角等信息5]。泥沙颗粒属于颗粒物质体系的范畴，作为水泥基材料的重要组份，泥沙颗粒表面物性直接影响到水泥基的整体力学性能，单独研究泥沙的表面物性具有重要意义。由于泥沙颗粒尺寸细小加之非连续的自身属性，传统的力学性能测试手段已难以满足其物性测试的需求。因此本文设计了一套压痕测试实验样品的制备方案，通过纳米压痕仪对泥沙颗粒进行了微观力学性能