新型鎂基復合材料在高校俱樂部體育器械中的應用

趙亞瓊 張星 王利娟

摘 要：隨著經濟的發展和我國國民經濟水平不斷提升，人們在注重生活品質的同時也更加注重身體健康。因此，越來越多的人們開始喜歡體育運動，而運動器材的質量決定運動的品質和使用者的安全。新型鎂基復合材料的出現和發展對于體育器械行業來說無疑是一個好的發現，其具有的許多優點正好是體育器材所需要的，將成為一個趨勢在體育器材中采用新型鎂基復合材料。文章通過研究新型鎂基復合材料在高校俱樂部體育器械中的應用，做了大量的分析對比，得出評論新型鎂基復合材料抗腐蝕性和抗磨損性良好，而且力學性能優秀。這就為日后體育器材生產所需新型鎂基復合材料打下了基礎，具有積極的應用價值。

關鍵詞：鎂基復合材料;高校俱樂部體育器械;力學性能

中圖分類號：TS952;TQ327.6 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-5922（2020）10-0072-03

Abstract： With the development of economy and the continuous improvement of national economic level， people pay more attention to the quality of life and health at the same time. Therefore， more and more people begin to like sports， and the quality of sports equipment determines the quality of sports and the safety of users. The emergence and development of new magnesium matrix composite is undoubtedly a good discovery for the sports equipment industry. Many of its advantages are exactly what sports equipment needs. It will become a trend to use new magnesium matrix composite in sports equipment. In this paper， through the research on the application of new magnesium matrix composite in sports equipment of university clubs， a large number of analysis and comparison are made， and it is concluded that the new magnesium matrix composite has good corrosion resistance and wear resistance， and excellent mechanical properties. This will lay a foundation for the production of new magnesium matrix composite materials for sports equipment in the future， which has a positive application value.

Key words：magnesium matrix composite material;sports equipment of university club;mechanical properties

0 引言

隨著國民經濟的發展和人們生活水平的提高，人們在注重生活品質的同時也越來越注重身體健康，體育運動就成為大部分人的首選活動，因此，對體育器材的需求和要求也越來越高，與此同時與體育器材相關的材料也備受關注。其中鎂合金具有密度不重、減震降噪好而且具有電磁屏蔽等優良的性能，在體育器材中用料占比比較高;但其也具有力學強度弱和抗腐蝕性不高等缺點，所以其商業化發展也受到了約束[1]。因此，我們通過運用科技手法將鎂合金進行擠壓，使其晶粒更加微小，這個可以基本消除其晶體缺陷，而且可以將Graphene（石墨烯）與其他材料進行適當配比來作為增強體材料，然后對這些材料進行對比分析，得出新型鎂基材料具有耐腐蝕性高、力學剛度好的性能。為新型鎂基復合材料在高校俱樂部體育器械中的應用打下基礎，而且還為新型鎂基材料的商業化發展指明了方向。

1 試驗材料與實驗方法

1.1 試驗材料及工藝

體育器材中使用的鎂基復合材料是采用了工業級的Graphene、magnesite powder和鋅粉[1]，選用了Jsm6510 scanning electron microscope來進行制備工藝[2]，其工藝流程如圖1所示。

首先需要進行分散式處理利用Sb-100 ultrasonic cleaning machine，而且可以適當地添加一些Absolute ethanol，將其均勻的混合在一起。將Graphene和鎂等混合物進行熱壓燒結放在溫度為600℃的Zr-6-8y vacuum molybdenum wire hot pressing sintering furnace of graphene中，其化學成分配比如表1所示，時間設定為5h，隨后將其進行冷卻處理（方式為爐冷、空冷和水冷等）制成Magnesium matrix composite（鎂基復合材料）。同時，采用機器Mmud-5b testing machine進行溫度為30℃、150℃、300℃的空冷處理磨損實驗，設定實驗的磨損荷載為100N，轉速為200r /s，設定摩擦損耗時間為10s。

1.2? 試驗方法

將鎂基復合材料利用線切割的方式進行拉伸實驗，將實驗樣品進行了3次測試，以確保其測驗結果的準確性，而且將選取3次測驗結果的平均值。利用圓棒狀的燒結材料進行拉伸實驗，其有長度為50mm，有效直徑是10mm;采用了Uh4000gd drawing machine進行拉伸力學實驗，設定其拉伸速度為1mm/s，并且利用了JSM6510掃描電子顯微鏡對其進行觀察。采用了Chi660b electrochemical workstation三電極體系對其耐腐蝕性進行了性能測試[3]，在室溫下，電解液為5%的氯化鈉溶液，掃描速度為0.002mm/s，掃描范圍為-1.0V到+1.0V。

2 試驗結果及實驗討論

2.1 研究力學性能

鎂基復合材料的力學性能采用不同的冷卻方式具有不同的機構，如圖2不同方式處理的鎂基復合材料試樣的力學性能測試結果可以看出[4]，未經過熱處理的和經過熱處理操作的差距很大，未經處理的力學性能不好，一拉伸就會斷掉;而經過熱處理的力學性能就相對比較好。

經過爐冷熱處理的可以加強其拉伸伸長，從4.89%增長到6.32%，增加了33.66%;而且拉伸強度也有了較大的變化，增長了10.2%，從435.54MPa增加到483.48MPa，而且屈服強度也增長了17.34%，而且這些變化是在爐冷處理的中間水平。如果做稍微較的爐冷處理，它的拉伸伸長率可以增加72.42%，從4.28%增長到7.95%;拉伸強度也增了19.38%，從433.5MPa增加到511.02MPa;屈服強度也增加了30.6%，從309.06MPa398.82MPa。效果比中間水平較好，但是水冷效果更加明顯。鎂基復合材料試樣經過水冷熱處理后，其拉伸伸長率增加了100%，拉伸強度增加了26.52%左右，拉伸435.54MPa增加到了547.74MPa;屈服強度增加了39.78%，屈服度由311.1MPa增加到436.56MPa。而且還可以從斷口的斷裂方式看出，沒有經過熱處理的鎂基復合材料其斷口明顯比較脆弱，斷裂比較多，而經過熱處理的鎂基復合材料其脆性斷裂少，沒有明顯的解離臺階，而且拉伸程度良好。

2.2? ?耐磨損性結果研究

將鎂基復合材料進行磨損試驗分別在溫度為30℃、150℃和300℃下進行[5]，如圖3鎂基復合材料的耐磨損特性測試所示。該材料的磨損性和其他性能都有所提升，在30℃時，磨損消耗體積從90.78×10.2-3mm3減少到12.24×10.2-3mm3，減少了89.61%左右;當溫度在150℃時，磨損消耗體積從179.52×10.2-3mm3減少到21.42×10.2-3mm3，減少了92.82%;當溫度在300℃時，磨損消耗體積由311.1×10.2-3mm3減少到31.62×10.2-3mm3，減少了93.84%。材料的磨損和磨損消耗體積成反比，耗損體積小，表明耐磨損性能強。石墨烯鎂基復合材料與普通商用鎂合金相比，其耐磨損性能強，耐磨損效果優良。

2.3? ?研究耐腐蝕性結果

將商用鎂合金與鎂基復合材料放于氯化鈉溶液中進行試驗，其極化曲線擬合結果如表2所示。當腐蝕電位從-1.0V特向+1.0V特移動的時候，其腐蝕電位更加偏向正電位與商用鎂合金相比較。根據之前學者研究理論得知，腐蝕電位越偏向正極說明材料的耐腐蝕性越強，反之，腐蝕電位越偏向負極說明材料的耐腐蝕性越弱。說明鎂基復合材料在加入Graphene后耐腐蝕性更加好[6]。

3 在高校俱樂部體育器械中運用鎂基復合材的 優勢

通過加入利用燒結法超聲分散的Graphene加固后的新型鎂基復合材料，它的力學性能、拉伸強度和耐腐蝕性都發生了很大的改變。將這種具有許多優良性能的材料使用到高校俱樂部體育器械中具有很多優勢。

1）質量很輕的新型鎂基復合材料運用在體育領域中，可以為體育運動帶來更加良好的效果[7]。比如：網球拍和自行車等，加入Graphene后，用起來非常輕便，效果更加好。

2）質量強度比普通鎂合金強，將新型鎂基復合材料運用于體育器材中又增加了其一大優點。單位質量強度的提升使其抗疲勞程度有了很大的提升，比如將其運用到杠鈴中，經過多次的實驗表明其抗疲勞程度優良。抗疲勞程度良好的原因是Graphene良好的物理結構起到的作用，如果抗疲勞程度提高，將會導致體育器材的使用率提高，而且使用壽命也會加長。Graphene的晶體各向異性優良[8]，因此使新型鎂基復合材料的抗損害性和安全性能高。而且高校俱樂部體育器械中運用的材料還應該具備耐磨損性高，在運動時，體育器材會對運動員的身體產生傷害，需要將傷害減低到最小，就需要運動器材具有良好的耐磨損性。體育器材需要具有一定的緩沖作用，而該材料正好具備這種阻尼性能。因此，在高校俱樂部體育器械領域中，新型鎂基復合材料憑借其天然優勢將發揮巨大的作用，需要充分利用新型鎂基復合材料[9]。

4 結語

研究結果表明，新型鎂基復合材料經過熱處理和不同的冷卻方式將會為其帶來不同的影響效果。新型鎂基復合材料與普通鎂合金相比更適和在體育器材領域使用[10]，其具有的耐磨損性等具有很大的優勢，而且其價格也是大眾可以接受的和廣泛運用的。通過加入增強體Graphene，使其各方面性能都有了很大的提升。隨著科學技術的發展，該材料制成的工藝品技術更加成熟，將其運用到日常生活中去將會創造出更多的經濟效益。

參考文獻

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