金刚石与磨料磨具工程

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罗珊, 胡小月, 王成勇, 郑李娟, 赵丹娜

2018, 38(2): 1-7. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0001

摘要(511)

PDF 1767KB(29)

摘要:
金刚石具有优异的性能，逐渐被广泛应用于医疗领域。介绍块状金刚石、金刚石薄膜、纳米金刚石等材料在医疗刀具、医用材料和医药等领域中的应用情况。金刚石材料的硬度、耐磨性、稳定性及生物相容性等特点赋予其独到的优势，但其仍面临加工难度高、理论研究不足等问题，在应用推广及领域扩展等方面还有很大的探索空间。

温度对MPCVD法同质外延单晶金刚石缺陷的影响

丁康俊, 马志斌, 宋修曦, 夏禹豪, 耿传文

2018, 38(2): 8-11,19. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0002

摘要(490)

PDF 1710KB(35)

摘要:
利用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法在含有缺陷的单晶金刚石种晶上进行同质外延生长实验，在其他沉积参数保持相同的情况下，研究温度对生长的单晶金刚石缺陷的影响。通过发射光谱、拉曼光谱以及SEM对单晶金刚石进行表征。实验结果表明：单晶金刚石温度越高，金刚石表面的等离子体发射光谱中的谱线强度比值I（C₂）/I（H_α）也越高；而电子温度越低，等离子体中粒子间的碰撞更加剧烈。在740℃沉积时，单晶金刚石表面会在同质外延生长后出现从缺陷处贯穿的裂痕；在780和820℃沉积时，单晶金刚石表面缺陷有被抑制和覆盖的趋势，缺陷面积减小；而在860℃沉积时，缺陷面积扩大且凸起更为明显。因此，在适宜温度下生长的单晶金刚石质量较好，金刚石特征峰偏移小、应力较小；温度过高或不足，金刚石特征峰向低波数偏移程度较大，压应力较大。

高温高压触媒法金刚石合成块电解过程影响因素探讨

邵静茹, 李方宜, 刘永奇, 刘梓沐, 翟向阳, 朱艺波, 张松飞, 董沛

2018, 38(2): 12-14. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0003

摘要(368)

PDF 840KB(12)

摘要:
用石墨和金属触媒通过高温高压合成金刚石，合成块中的金刚石晶体被金属触媒等紧紧包裹，普通物理方法难以提纯。利用电解方法将合成块中的金属在阳极上氧化电解为金属离子而进入溶液中，之后再通过溶液迁移到阴极上还原析出，回收金属，是目前比较高效环保的方法。通过电解实验，分析电解过程中电解液的主要成分和电解工艺条件对电解效率的影响。结果表明：添加剂中活化剂的最佳质量浓度为15~30 g/L，复合稳定剂最佳质量浓度为25~30 g/L时，加入的添加剂能显著改善电解液性能；在电解液pH值为2~4，阴极、阳极间距为50~250 mm，电控柜电流为4000~4200 A的电解工艺条件下，电解效率显著提高。

高温高压法制备金刚石/铜复合材料的研究

赵龙, 宋平新, 张迎九, 杨涛, 马姗姗, 王彩利

2018, 38(2): 15-19. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0004

摘要(458)

PDF 2181KB(39)

摘要:
采用高温高压法制备金刚石/铜复合材料。研究金刚石体积分数、烧结压力、保温时间、烧结温度、金刚石表面金属化对金刚石/铜复合材料热导率及热膨胀系数的影响。实验表明：金刚石体积分数70%，烧结压力2 GPa，烧结时间300 s，烧结温度1200℃时，金刚石/铜复合材料热导率达426 W/（m·K）。

金属结合剂金刚石砂轮中铝基结合剂性能优化研究

陈克鑫, 刘一波, 曹彩婷, 刘伟

2018, 38(2): 20-25. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0005

摘要(291)

PDF 2311KB(19)

摘要:
以AlSi₂₀为主元，选择强化铝的常用合金元素Cu、Zn、Mg、Mn等4因素（分别用A、B、C、D表示），每个因素各取3个水平，制定了L₉（3⁴）正交试验方案。采用热压烧结制备铝基结合剂胎体。通过阿基米德排水法、硬度测试、三点弯曲强度测试、扫描电镜观察断口形貌等方法，研究合金元素对铝基结合剂性能的影响。实验结果表明：添加的合金元素降低AlSi₂₀的烧结温度，促进烧结致密化；合金元素对硬度的影响大小顺序为Mn>Zn>Cu>Mg，对抗弯强度的影响大小顺序为Cu>Mn>Zn>Mg；组合A₁B₂C₂D₂、A₁B₃C₃D₃有高的硬度和抗弯强度，胎体对金刚石包镶紧密；结合剂断裂方式为脆性断裂，可以提高金刚石砂轮的自锐性。

ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂系微晶玻璃结晶行为及对金刚石磨料的润湿性

栾时勋, 傅仁利, 朱海洋, 刘启龙, 李玉军

2018, 38(2): 26-31,36. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0006

摘要(322)

PDF 2385KB(13)

摘要:
为改良微晶玻璃结合剂，以熔融法制备锌铝硼硅系微晶玻璃，研究硼硅比和烧结工艺对其热学、力学性能，析晶行为，显微结构及对磨料的润湿性的影响。发现：硼含量增多，锌铝硼硅系玻璃的热膨胀系数升高、耐热性下降、抗弯强度先升高后降低；硼含量过高时，结合剂完全包覆磨料，不利于磨削加工。另一方面，硅含量增多，玻璃的黏度增大、对磨料的润湿性能变差；硅含量过高时，试样抗弯强度不足。ZABS系微晶玻璃的最佳配比w_B：w_Si=1：1。热处理工艺为710℃时保温2 h，得到的试样的热膨胀系数为5.132 7×10^-6℃^-1，抗弯强度达78 MPa，对磨料的润湿性好。

水气联合雾化法制备铁基预合金粉末及其在金刚石工具中的应用

刘坤杰, 乐晨, 赵放, 唐明强, 吴成义

2018, 38(2): 32-36. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0007

摘要(357)

PDF 2141KB(7)

摘要:
采用水气联合雾化工艺制备了金刚石工具用铁基预合金粉末，对水气联合雾化法、常规水雾化法制备的预合金粉末进行物性对比，并对相应地预合金粉末烧结块的断口形貌、力学性能进行比较与分析。结果表明：水气联合雾化工艺制备的预合金粉末氧含量较低，球形度好，粉末粒度细；水气联合雾化制备的预合金粉末TZ611烧结块断口形貌呈典型的韧性断裂和沿晶断裂特征；烧结块相对密度、硬度和抗弯强度等力学性能显著提高，对金刚石颗粒把持更好。采用水气联合雾化工艺制备的预合金粉末制造的圆锯片切割更为锋利，且使用寿命为常规水雾化粉末的1.62倍。

CVD金刚石涂层工艺对硬质合金立铣刀铣削CFRP性能的影响

杨小璠, 李友生, 李凌祥, 王珏, 沈志煌

2018, 38(2): 37-41. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0008

摘要(378)

PDF 2437KB(12)

摘要:
传统硬质合金刀具铣削碳纤维复合材料（CFRP）时磨损严重，需在其上沉积金刚石薄膜涂层。在相同的硬质合金立铣刀基体上，改变沉积工艺，获得3种分别覆有粗晶、细晶和复合晶等不同CVD金刚石薄膜的刀具。用扫描电镜观察分析3种涂层的表面形貌。在相同条件下，用3种刀具切削CFRP并分析其刀具磨损机理。结果表明：复合晶工艺的金刚石涂层硬质合金立铣刀耐磨性最好、使用寿命最长，约为粗晶金刚石涂层铣刀的1.35倍、细晶金刚石涂层铣刀的1.59倍，更适合于CFRP材料的铣削加工。

强力砂轮在硬质合金刀具精密磨削中的性能研究

蒋志金

2018, 38(2): 42-46. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0009

摘要(311)

PDF 1768KB(21)

摘要:
对强力砂轮磨粒晶形，磨削层结合剂成分，砂轮磨损情况，砂轮磨削力以及所磨削的刀具外观质量等方面进行了研究。结果表明：磨削层的结合剂成分会影响砂轮的自锐性；且在相同的磨削条件下，磨粒的晶形不仅直接影响砂轮自身的磨削力和磨损性能，而且决定了所磨削刀具的外观和表面质量。

高效加工硬质合金沉孔用新型金刚石工具与工艺研究

张乾坤, 李苏望, 孙红丁, 贺跃辉, 江垚, 陈豫章, 肖逸锋

2018, 38(2): 47-50,56. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0010

摘要(447)

PDF 1638KB(17)

摘要:
介绍了一种加工硬质合金沉孔用新型金刚石工具与加工工艺。采用电镀和烧结金刚石磨头在数控铣床上，以螺旋进刀的加工方式，在不同进刀量和进给速度条件下，研究加工效率和磨头寿命的关系；研究不同尺寸、槽型的电镀和烧结金刚石磨头对不同材质的硬质合金沉孔的加工效率和沉孔精度等的影响；并采用扫描电镜（SEM）和光学显微镜分析金刚石磨头的显微组织。结果表明：与电镀金刚石磨头相比，烧结金刚石磨头具有更好的使用寿命和加工效率，将传统硬质合金沉孔（φ13 mm×5 mm）每孔的加工时间由2 h缩短为10~15 min，且每只磨头的打孔寿命约为33~42个。该研究有望进一步增大硬质合金等硬脆带孔材料的应用范围。

3D打印技术在金刚石工具制造中的应用探讨

张绍和, 唐健, 周侯, 王佳亮

2018, 38(2): 51-56. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0011

摘要(437)

PDF 1173KB(20)

摘要:
3D打印技术是一种处于科技前沿的新型智能制造技术，将其应用于金刚石工具制造是一种新的尝试。3D打印技术具有传统工艺无可比拟的优势，如成品整体性强、精密度高、操作简便、可完成复杂形状的产品制造等，极大地帮助与补充了金刚石工具的制造方法。3D打印技术能够制作使用其他常规方法难以完成的超薄、微型或异型金刚石工具。但是，3D打印技术也存在一些问题，如可用的金刚石粉末种类不足，金刚石的碳化、粒度、浓度等问题，需随3D打印技术的发展而逐步解决。

纳米WC弥散强化孕镶金刚石钻头

刘宝昌, 李思奇, 韩哲, 赵新哲, 李闯, 曹鑫

2018, 38(2): 57-60. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0012

摘要(383)

PDF 1822KB(8)

摘要:
为提高孕镶金刚石钻头的钻进效率和使用寿命，将纳米WC引入到传统胎体配方。利用纳米WC的弥散强化作用，优化胎体配方及制备工艺，提高钻头工作层的物理力学性能，从而研制出强化型孕镶金刚石钻头。将其与传统钻头进行室内钻进对比试验。结果表明：将质量分数为2.5%的纳米WC添加到孕镶金刚石钻头的传统胎体配方中研制出的强化型钻头，其机械钻速提高了24.93%，使用寿命提高了28.91%，钻进过程更加平稳。

电沉积金刚石线锯装置的研制

汪琦皓, 毕文波, 葛培琪

2018, 38(2): 61-65. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0013

摘要(267)

PDF 1614KB(17)

摘要:
电沉积金刚石线锯制作工艺简单、沉积层与基体结合强度高，在超硬晶体切片加工领域具有广阔应用前景。基于电沉积技术的基本原理，分析电极材料沉积到基体表面并发生冶金结合的过程，设计制备金刚石线锯的装置：分析沉积方式和介质对沉积层的影响，确定旋转电极、气体介质的设计方案；用电极与基体间平均电压检测放电状态，据此调节电极与基体的距离，使电极处于电火花放电状态。以此装置电沉积线锯，发现：其运行可靠，可在φ0.4 mm不锈钢丝上沉积金刚石磨粒。

树脂金刚石切割线切割硅片延时现象分析

高伟, 董夫宁, 李腾, 马伯江, 王东雪

2018, 38(2): 66-70. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0014

摘要(464)

PDF 1562KB(15)

摘要:
为消除树脂金刚石线切割硅片的延时现象，建立切割模型研究单颗金刚石树脂层退让性，分析退让量δ和切割线弓A的关系。理论研究表明：线弓的变化量和树脂层的退让量正相关。选不同硬度的树脂按相同工艺制备金刚石切割线，并进行单晶硅切割对比实验，用扫描电镜观察切割后的树脂金刚石线锯。发现：在相同的切割条件下，以较软的树脂制成的金刚石切割线其退让行为显著、线弓大、切割时间长。使用高强树脂，可增加树脂层的固化强度，降低树脂层的退让性，有效解决切割延时问题。

Study on swarf when sawing granite with diamond wire

WU Hairong, GUO Hua, ZHAO Ruyi, HUANG Hui

2018, 38(2): 71-77. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0015

摘要(283)

PDF 2922KB(11)

摘要:
The diamond wire-sawing process was developed to cut granite in both quarries and block processing plants. In this paper, swarf was collected from different areas along the sawing arc when sawing three granites. The particle size distribution and the morphology of the swarf were investigated systematically, along with the swarf formation mechanism in sawing. Granite swarf formation was dominated by transgranular fractures based on the morphology of sawn granite chips and the analysis of sawn chip size. A long cutting arc increased the movement among the swarf, tool, and workpiece, thereby inducing a secondary fracture in the sawn chip.

化学机械抛光304不锈钢用抛光液成分研究

刘振辉, 陈绍坤, 彭亚男, 李洁静, 苏建修

2018, 38(2): 78-81,88. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0016

摘要(368)

PDF 945KB(8)

摘要:
由于304不锈钢的优良特性，未来其将成为柔性显示器衬底的主要材料之一。为提高304不锈钢化学机械抛光的速率和质量，研究不同氧化剂在不同质量浓度或体积浓度及不同pH值下，对材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明：氧化剂Fe₂O₃、H₂O₂、FeCl₃都在pH=2时抛光效果最佳，氧化剂KMnO₄在pH=10时抛光效果达到最佳。在最佳的pH值下进行抛光，H₂O₂的体积浓度为10 mL/L时，表面粗糙度R_a最好，为4 nm；在FeCl₃质量浓度为4.0 g/L时，材料去除率最高，为209 nm/min。

圆柱滚子外圆研磨优化实验研究

苏佳, 袁巨龙, 张森, 曹霖霖, 吕冰海, 姚蔚峰

2018, 38(2): 82-88. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0017

摘要(357)

PDF 2178KB(7)

摘要:
为优化圆柱滚子外圆研磨，以正交试验研究工件偏角、工件位置及转速（包括上下抛光盘转速、偏心轮转速和外齿圈转速）对材料去除率、表面粗糙度和圆度的影响。结果表明：工件偏角对材料去除率的影响最显著，转速组合次之，工件位置最小；转速对表面粗糙度的影响最显著，工件偏角次之，工件位置最小；工件位置对圆度的影响最显著，转速组合次之，工件偏角最小。最佳条件为工件偏角0°、工件位置0.8，各转速值分别为-76、84、80和48 r/min。加工15 min后，圆柱滚子的材料去除率可达到0.541 μm/min；表面粗糙度由0.078 μm降至0.045 μm，比初始表面粗糙度降低42.3%；圆度由0.74 μm降至0.41 μm，比初始圆度降低44.6%。

工件旋转磨削磨粒切深解析模型分析

林彬, 曹治赫, 周平, 康仁科

2018, 38(2): 89-93. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0018

摘要(396)

PDF 933KB(27)

摘要:
硬脆材料超精密磨削时的表面/亚表面损伤很大程度上由磨粒切削深度决定。为更好地仿真预测磨粒的切削深度，基于现有模型和实验结果之间的差异，分析预测切深偏小的问题。结合磨粒数偏差分析和单磨粒划擦实验结果，修正现有模型；修正后的有效磨粒数和表面粗糙度，虽然更贴近，但仍不能吻合实验结果。提出其他可能影响仿真结果的因素，如磨粒刃圆半径、最小切屑厚度等，为进一步完善仿真过程提供参考，以助于磨削工艺的开发和优化。

工件表面超声振动抛光方法发展概况

万宏强, 韩佩瑛, 葛帅, 李凡聪, 刘智豪

2018, 38(2): 94-100. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.2.0019

摘要(713)

PDF 1604KB(38)

摘要:
阐述了近几年来国内外对工件表面超声振动抛光加工和复合超声振动抛光加工研究的方法、原理及进展，并进行了对比分析。最后，指出了工件表面超声振动抛光的发展方向。