氢气流量对大面积金刚石膜沉积的影响

为了实现大面积金刚石膜的高速均匀沉积,在新型多模微波等离子体装置中,利用微波等离子体(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)技术,对大面积金刚石膜沉积过程中气体流场、电子密度和温度、基团分布及金刚石膜质量进行研究。流场模拟结果表明,多模MPCVD装置在高气体流量下依旧保持良好的流场稳定性。等离子体光谱结果表明,随着氢气流量的上升活性基团的强度上升。氢气流量在400 cm~3/min以内时,活性基团可在基底表面对称均匀分布。电子密度和电子温度随着氢气流量的上升先上升后下降,在500 cm3/min达到最大,分别为2.3×1019/m~3和1.65 eV。在氢气流量为300 cm~3/min时可在直径为100 mm的钼基底上实现大面积金刚石膜的均匀沉积,金刚石膜中心和边缘处拉曼光谱FWHM值为4.39 cm~(-1)和4.51 cm~(-1),生长速率为5.8μm/h。     

单颗钎焊金刚石磨粒磨损试验研究

采用单颗磨粒试验方法,以碳钢碟轮为修整工具,研究金刚石和CBN磨粒修整过程中的磨损特征。结果表明:砂轮和修整碟轮的相对速度对金刚石磨粒的磨损有重要影响;相对速度为51.9 m/s时,金刚石磨粒的磨损高度为50.1 μm;相对速度为17.3 m/s时,金刚石磨粒的磨损高度显著减小,为19.5 μm。通过相同条件下金刚石与CBN磨粒的磨损特征对比,表明金刚石磨粒在磨损过程中同碟轮之间发生化学作用,加速金刚石磨粒的磨损;对试验后金刚石磨粒进行拉曼光谱分析,并未检测到石墨物质。      

应用数字图像识别法检测金刚石磨粒的形状与粒度

提出一种金刚石磨粒尺寸的检测方法，并建立相应的测试系统，目的在于快速检测出超硬磨料的形状和粒度。应用数字图像识别技术，通过MATLAB软件编程，对CCD采集到的金刚石磨粒数字图像进行图像增强、二值化、滤波、边界检测等图像处理，设定金刚石磨粒的等效形状，检测金刚石磨粒的形状与粒度。选择晶形较规则的等积形金刚石磨粒作为实例，将金刚石磨粒的面积等效为正六边形。结果表明金刚石磨粒的粒径满足正态分布，应用数字图像识别技术检测金刚石磨粒的形状与粒度是可行的。     

多层钎焊金刚石锯片的研制及基础分析

使用添加了合金粉A的Ni-Cr合金钎料制备金刚石表面钎焊金属化的磨粒,采用粉末冶金烧结技术制作了多层钎焊金刚石锯片、镀钛金刚石锯片和无镀覆金刚石锯片,并进行了对比切割试验。应用扫描电镜对表面钎焊金属化的金刚石磨粒界面及多层钎焊刀头断面进行了综合分析。结果表明:添加合金粉A既能保证Ni-Cr合金对金刚石磨粒的润湿,又能有效降低钎料对金刚石的损伤;多层钎焊锯片胎体与金刚石磨粒之间出现Ni元素的迁移现象,胎体与金刚石磨粒钎焊层形成了冶金结合;多层钎焊锯片比镀钛锯片具有更高的磨粒把持强度。     

高频感应钎焊金刚石磨粒剪切失效的试验研究

针对镍基和银基2种常用钎料体系,根据活性元素的不同分别选择了4种不同钎料,利用高频感应加热方式钎焊金刚石磨粒,对钎焊的金刚石磨粒试样进行推剪试验,用高速摄像仪记录金刚石失效过程,观察剪切后的试样形貌,并跟踪剪切过程中力的变化。根据试验结果建立钎焊金刚石磨粒的剪切失效模型。研究结果表明:钎焊金刚石磨粒的剪切失效主要包括金刚石磨粒的剪断及金刚石磨粒的滑移2类;剪切失效与金刚石的热损伤、钎料的力学性能有密切的关系。所提出的剪切失效模型与试验结果能较好吻合。      

面向工程陶瓷的单颗金刚石磨粒划擦磨损规律

为了研究工程陶瓷平面磨削中金刚石砂轮的磨粒磨损规律,制备圆锥形单颗粒金刚石磨具模拟实际磨粒切削刃。以金刚石磨粒的尖端圆弧半径表征磨粒切削刃锋利程度与磨削能力,并用圆弧半径的磨损规律等效描述切削刃磨损特性。采用基于扫描电镜与数据拟合的技术测量单颗磨粒金刚石尖端圆弧半径。运用单因素试验及正交试验分析了金刚石颗粒尖端形状、材料种类与加工参数对磨粒磨损规律的影响。实验结果表明,当顶锥角2θ为120°、磨削深度ap0.01 mm时,金刚石磨粒具有较高划擦寿命。各因素的影响主次顺序为:顶锥角>磨削深度>工作台速度。本研究为金刚石砂轮磨粒规格和磨削用量的选取提供了重要参考。     

铜基预钎焊金刚石锯片的界面分析及其性能研究

采用Cu-Sn-Ti钎料利用氩气保护高频感应钎焊对金刚石磨粒进行预钎焊处理。采用热压烧结工艺制作常规金刚石锯片、镀钛金刚石锯片和磨粒预钎焊金刚石锯片,并进行对比切割实验。通过三点抗弯实验测试上述三种节块的强度,并使用扫描电镜分析预钎焊金刚石磨粒界面和锯片节块断口的微观组织结构。结果表明:预钎焊金刚石磨料界面处存在元素的扩散现象并形成化学结合,且Cu-Sn-Ti钎料对金刚石磨粒的热损伤小;预钎焊金刚石节块的抗弯强度高于镀钛金刚石节块和常规金刚石节块;钎焊金刚石锯片刀头中金刚石与胎体之间同样存在元素的扩散现象,胎体与金刚石磨粒形成化学冶金结合;相同加工条件下,预钎焊金刚石锯片的切削效率相比于镀钛金刚石锯片和常规金刚石锯片分别提高7%和18%。     

钎焊金刚石磨削石材过程中磨粒磨损状态研究

通过数字视频采集系统跟踪观察钎焊金刚石砂轮磨削过程中磨粒表面形貌变化.研究了钎焊金刚石砂轮在磨削花岗石材料过程中,金刚石磨粒的出刃高度和磨损状态的变化规律.结果表明,钎焊金刚石工具在加工过程中,钎焊金刚石磨粒可分为六种磨损状态:完整晶形、微观破碎、宏观破碎、磨平、折平和脱落.磨粒磨损路径主要是以完整→微观破碎→宏观破碎→脱落的方式进行.金刚石磨粒在磨损过程中,可分为初期磨损、正常磨损和剧烈磨损三个阶段.     

氨分解气氛保护下钎焊金刚石界面微观组织分析

为探索钎焊金刚石工具的大批量生产工艺,在氨分解气氛保护环境下于连续式网带炉中用Ni-Cr合金做钎料进行了金刚石的钎焊试验和钎焊磨盘的磨削试验. 用扫描电镜观察了钎焊后金刚石磨粒的微观组织形貌;用X射线能谱仪对深腐蚀后的金刚石磨粒表面进行了能谱分析,结合X射线衍射仪对磨粒表面生成物进行了物相鉴定;用三维视频显微镜观察和分析了金刚石磨盘磨削花岗岩时磨粒脱落情况. 结果表明,氨分解气氛保护钎焊金刚石,金刚石与钎料界面发生了化学冶金反应,生成了柱状碳化物,磨粒获得了较高的结合强度,磨削花岗岩50 m,磨粒脱落率仅为2.2%,略高于真空钎焊磨盘.     

空气中钎焊金刚石磨粒

利用活性钎料钎焊金刚石磨粒是一种新的金刚石工具的制造方法。采用高频感应钎焊的方法,用Ni—Cr合金粉末做钎料,适当的控制钎焊电流和钎焊时间,实现了金刚石与钢基体的牢固焊接。磨削实验表明用这种方法所制造的金刚石工具,金刚石磨粒与基体之间有着较高的结合强度,金刚石磨粒在整个加工过程中没有出现脱落的情况。     

金属结合剂金刚石砂轮的修整研究(Ⅱ)——修整金属结合剂金刚石砂轮的机理

在上一篇文章中。笔者提出了一种新的测量磨粒突出高度的方法,并就磨粒突出高度同砂轮磨削性能的关系进行了研究。本文探讨了结合剂密实型金刚石砂轮的修整机理,着重讨论修整时磨粒周围结合剂的会除过程。证明了去除结合剂的机制是杯形砂轮上脱落下来的GC磨粒的研磨作用。主要结论如下:(1)修整时,GC磨粒从杯形砂轮上脱落并研磨结合剂,从而产生修整效果。因此,杯形砂轮修整器在对金属结合剂金刚石砂轮进行整形的同时,也对其进行修锐。(2)控制冷却液流量使GC砂轮表面附有一层游离磨粒,可以使修整比最高。(3)只要修整次数足够多,平均磨粒突出高度只取决于修整条件。(4)游离GC磨粒的尺寸越大,研磨作用越强,因此修整比越高,平均磨粉突出高度越大。     

纳米金刚石磨粒表面修饰及其摩擦特性研究

通过纳米金刚石磨粒与三氯氧磷的酯化反应,合成了纳米金刚石磨粒磷酸酯衍生物。采用傅立叶转换红外线光谱仪（FTIR）、飞行时间二次离子质谱仪（TOF—SIMS）对该改性物进行了结构表征。利用四球摩擦磨损试验机研究了化学修饰后纳米金刚石磨粒在水基基础液的摩擦学行为,发现基础液中纳米金刚石磨粒磷酸酯衍生物浓度为0．05％～0．075％时,能够使水基基础液的承载能力提高10％,磨斑直径降低2．6％。经过三氯氧磷酯化反应后的纳米金刚石磨粒具有更好的摩擦性能。     

微粉金刚石表面镀钛对钎焊磨具性能的影响

在微粉金刚石磨具的制备过程中,金刚石热损伤和磨粒与结合剂间界面特性是影响磨具性能的主要因素。利用电铸与钎焊相结合的工艺把表面镀钛和未镀钛两种微粉金刚石磨料制备成磨具,并将其用于氧化铝陶瓷的磨削试验。通过对钎焊后金刚石磨粒与钎料的界面分析,磨削力、磨粒脱落率以及工件表面粗糙度的比较,探讨磨粒表面镀钛对钎焊微粉金刚石磨具性能的影响。结果表明,镀钛微粉金刚石表面镀层在钎焊过程中对微粉金刚石起到包裹隔离的作用,可以降低微粉金刚石的热损伤和石墨化;在利用两种钎焊微粉金刚石磨具磨削氧化铝陶瓷时,镀钛微粉金刚石磨具的磨削力较小,磨料的脱落率也较少,且工件表面粗糙度值更低。综合比较,磨粒表面镀钛后,可以减弱微粉金刚石的热损伤,提高磨具的磨削性能。     

铸铁干式加工过程中钎焊金刚石圆锯片磨损机理

采用Ni-Cr合金活性钎料,在高真空炉中实现金刚石与钢基体牢固的钎焊连接。借助扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪阐述真空钎焊金刚石的钎焊机理和界面特征,分析钎焊金刚石圆锯片在干式加工铸铁过程中磨粒的磨损特性。结果表明:在铸铁管加工方面,钎焊金刚石圆锯片表现出优越的高效切割性能,磨粒磨损主要以破碎为主,磨削高温引起切屑粘附在破碎磨粒表面;揭示在铸铁干式加工过程中金刚石磨粒表面出现轻微的石墨化磨损等现象;实验表明磨粒的强度依然能满足加工要求。研制出适用铸铁材料高效加工用的高锋利度、高强度、安全的钎焊金刚石切割片。     

陶瓷结合剂金刚石砂轮修整的研究(Ⅲ)——杯形砂轮修整器的修整机理

在前两篇文章中,笔者提出了一种以杯形砂轮为工具的金刚石砂轮修整方法。本文探讨了以该方法修整陶瓷结合剂金刚石砂轮的机理。主要结论如下:(1)杯形砂轮的修整作用主要取决于从GC砂轮上脱落下来的磨粒对金刚石磨粒和结合剂桥的冲击。(2)杯形砂轮越软,其上脱落下来的磨粒越大,修整效率越高,但金刚石砂轮表面越粗糙。(3)用烧结体多点金刚石笔修整时,从最外表面开始,金刚石砂轮表层磨粒依次被金刚石笔削去。(4)作为添加材料加入到陶瓷结合剂金刚石砂轮中的碳化硅磨粒,其顶端在磨削初期即被磨平。(5)磨削难磨材料时,最好使用无添加材料的陶瓷结合剂金刚石砂轮。     

NIS——一种改善金刚石粘结性能的新方法

在使用过的树脂金刚石砂轮表面上,约有60～70%金刚石磨粒没有充分发挥作用而过早地脱落,形成了许多空洞。如对金刚石磨粒镀附以镍衣虽可大大增加它在结合剂中的附着力,但仍有30～40%之多的磨粒过早     

磨粒预钎焊烧结金刚石雕刻磨头的性能研究

针对烧结金刚石雕刻磨头在加工过程中胎体容易产生裂纹甚至断裂等问题,采用预钎焊金刚石磨粒制作了金刚石雕刻磨头。利用有限元仿真方法分析不同金刚石磨粒界面结构对节块的力学性能的影响;通过三点抗弯实验测试节块的强度;并通过加工性能实验测试3种雕刻磨头的性能。结果表明:仿真实验中胎体上的应力能较多地转移到预钎焊磨粒上,从而降低了胎体自身的应力,提高了胎体的力学性能;预钎焊磨粒节块的抗弯强度也高于常规金刚石节块,在金刚石体积浓度为100%时,强度提高32.3%;预钎焊金刚石雕刻磨头的加工性能优于常规金刚石雕刻磨头。     

Ni-Cr合金真空预钎焊金刚石磨粒复合节块界面微结构

在Ni-Cr合金中加入A合金粉制成复合钎料,在加热温度1 050 ℃和保温时间30 min的工艺下进行金刚石磨粒的预钎焊处理试验,在加热温度810 ℃和保温时间4 min的烧结工艺下制备预钎焊磨粒复合节块. 测试预钎焊磨粒的静压强度和复合节块的抗弯强度,并分析预钎焊金刚石、复合节块的界面微结构. 结果表明,复合钎料与金刚石磨粒在预钎焊过程中形成化学结合界面,且对金刚石的热损伤较小;当磨粒浓度范围为10%~50%时,复合节块的抗弯强度均高于常规金刚石节块;预钎焊金刚石与金属胎体在烧结过程中形成冶金结合界面,复合节块界面结合强度高.     

W-Mo-Cr合金对金刚石砂轮磨块的摩擦化学修整

为解决粗磨粒金刚石砂轮磨块的修整问题,使用W-Mo-Cr合金材料作为修整工具对磨粒粒度尺寸为297~420μm的金刚石砂轮磨块进行修整,修整前后分别测量砂轮表面磨粒的等高性和磨粒的微观形貌,并且分别用修整前后的砂轮磨块进行WC硬质合金的磨削试验。结果表明:W-Mo-Cr合金材料对金刚石砂轮修整效率高,修整后砂轮表面磨粒的等高性提升了60%左右。利用修整后的金刚石砂轮磨削WC硬质合金,工件表面质量得到很大的改善,表面粗糙度达到R_a0.149μm。      

磨粒半径对金刚石研磨加工影响机制的仿真研究

为解析金刚石磨粒尺寸变化对金刚石材料研磨质量的影响机制,利用分子动力学方法建立球形刚性金刚石磨粒研磨金刚石工件的模型,研究不同磨粒半径下的磨削力变化规律和应力、相变分布。结果表明: 磨粒半径从6a增大到20a(a为金刚石晶格常数),磨削平均法向力和平均切向力均线性增加,但平均法向力增量为平均切向力的3倍;磨粒与工件间的剪切作用相对挤压和摩擦的作用越来越小,且磨削力波动幅度变大表明工件的位错形成更剧烈;同时,磨粒前下方形成的强压应力区和磨粒后方由摩擦引起的集中拉应力区增大,非晶相变区域增大,研磨区后方缺陷增多,工件的加工表面质量变差。当半径为10a、15a和20a的磨粒压入深度为2 nm时,磨粒刻划后的工件表面显微硬度比未刻划时的有所降低,分别减少2.8%、9.6%和18.3%,即磨粒半径增大会显著降低工件表面力学性能。