Machinability tests using ceramic tools reinforced by nickel-coated graphene

Testy skrawalności narzędziami ceramicznymi z dodatkiem grafenu powlekanego niklem

Tomasz Cygan, Jarosław Woźniak, Marek Kostecki, Kazimierz Czechowski, Norbert Gieruć, Lucyna Jaworska, Andrzej Olszyna | 29-01-2015

Mechanik nr 02/2015 - Artykuły z Międzynarodowej Konferencji Innovative Manufacturing Technology IMT 2014 zamieszczone na płycie CD

ABSTRACT: The study concerns the influence of nickle-coated graphene (GnNi) addition to alumina matrix and its impact on cutting performance of obtained composites. Nickel-coated graphene was mixed with alumina powder and consolidated using Spark Plasma Sintering (SPS) method. Influence of modified nano-filler and sintering method on cutting performance and physical such a density, hardness and fracture toughness was analyzed. Obtained composites were formed into cutting tool and subjected to machining tests. Cutting tools life and the surface roughness were investigated for 4 different tests. The results were compared with commercial cutting tools showing good cutting performance.

KEYWORDS: ceramic cutting tool, graphene, cutting performance, machinability test.

STRESZCZENIE: Niniejszy artykuł omawia działanie dodatku grafenu pokrywanego niklem (GnNi) na osnowę tlenku glinu oraz jego wpływ na właściwości skrawne otrzymanych kompozytów. Grafen pokrywany niklem został wymieszany z proszkiem tlenku glinu i skonsolidowany z użyciem metody Spark Plasma Sintering (SPS). Przeanalizowano wpływ zmodyfikowanego nano-wypełniacza oraz metody spiekania na właściwości skrawne oraz takie właściwości fizyczne jak gęstość, twardość oraz odporność na kruche pękanie. Z otrzymanych kompozytów uformowano narzędzia skrawające, które poddano następnie próbom skrawania. Zbadano długość życia ostrza oraz chropowatość powierzchni dla kompozytu z najlepszymi właściwościami mechanicznymi (1% wag. dodatku GnNi). Wytworzone ostrza skrawające charakteryzowały się właściwościami skrawnymi na tym samym poziomie co ostrza komercyjne.

SŁOWA KLUCZOWE: narzędzie skrawające ceramiczne, grafen, właściwości skrawne, test skrawalności.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

BALANDIN A.A., GHOSH S. BAO W.Z., CALIZO I., TEWELDEBRHAN D., MIAO F. et al. Superior thermal conductivity of single-layer graphene, Nano Lett. 2008;8(3), 902-907.
BRONISZEWSKI K., WOŹNIAK J., CZECHOWSKI K., JAWORSKA L., OLSZYNA A., Al₂O₃-Mo cutting tools for machining hardened stainless steel, Wear 303 (2013), 87-91.
BRONISZEWSKI K., WOŹNIAK J., KOSTECKI M., OLSZYNA A., Properties of alumina – graphene oxide composites, Materials Today Proceedings, in press.
GEIM A.K., NOVOSELOV K.S., The rise of graphene, Nat Mater 2007;6(3), 183-191.
LEE C., WEI X.D., KYSAR J.W., HONE J., Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene, Science 2008;321(5887), 385-388.
LIU J., YAN H., JIANG K., Mechanical properties of graphene platelet-reinforced alumina ceramic composites, Ceramics International 39 (2013), 6215-6221.
MOHANTY N., BERRY V., Graphene-based single-bacterium resolution biodevice and DNA transistor: interfacing graphene derivatives with nanoscale and microscale biocomponents, Nano Lett. 2008; 8(12), 4469-4476.
PORWAL H., TATARKO P., GRASSO S., KHALIQ J., DLOUCHY I., REECE M.J., Graphene reinforced alumina nano-composites, Carbon 64 (2013), 359-369.
WALKER L.S., MAROTTO V.R., RAFIEE M.A., KORATKAR N., CORRAL E.L., Toughening in graphene ceramic composites, ACS Nano 2011:5(4), 3182-3190.
WANG K., WANG Y.F., FAN Z.J., YAN J., WEI T., Preparation of graphene nanosheet/alumina composites by spark plasma sintering, Mater Res Bull 46 (2) (2011), 315-318.
WOŹNIAK J., KURTYCZ P., BRONISZEWSKI K., KOSTECKI M., MORGIEL J., OLSZYNA A., Properties of alumina matrix composites reinforced with nickel-coated graphene, Materials Today Proceedings, in press.
WU J.B., AGRAWAL M., BECERRIL H.A., BAO Z.N., LIU Z.F., CHEN Y.S., et al. Organic light-emitting diodes on solution-processed graphene transparent electrodes, ACS Nano 2010; 4(1), 38-43.