金刚石与磨料磨具工程

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徐帅, 李晓普, 丁玉龙, 吴啸, 范波, 闫宁

2018, 38(5): 1-5. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0001

摘要(444)

PDF 1399KB(22)

摘要:
采用微波等离子体化学气相沉积法，在过饱和碳离子浓度条件下，在单晶硅衬底上制备了球形结构的多晶金刚石微球，通过控制沉积气压与温度的变化，研究了金刚石由石墨生长区向纳米晶的球形结构、再到具有良好结晶性的金刚石生长区的过渡过程。结果表明：沉积气压与温度的升高导致微球的粒径增大，微球由sp³、sp²键共存相转变为较纯的金刚石相；在一定的碳离子过饱和度和气压、温度范围内，微球的形成主要受二次形核过程的控制。气压和温度升高后，微球呈<110>取向生长，微球的形成主要受（111）面高密度孪晶和层错缺陷的控制，揭示了化学气相沉积金刚石不同生长区内二次形核机制与孪晶层错机制诱导的金刚石微球的生长过程。

金刚石表面镀钛及其在胎体中结合状态的研究

罗莉, 周强, 杨树忠, 魏世超, 常德民

2018, 38(5): 6-11. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0002

摘要(328)

PDF 2699KB(24)

摘要:
采用真空蒸发-扩散镀的方法在金刚石表面镀钛，研究了镀覆温度和保温时间对金刚石表面形貌、镀层厚度、镀层物相的影响规律，分析了镀钛金刚石的抗氧化性能，研究了镀钛金刚石及其在铁基胎体中的结合状态。结果表明：在低温下（680℃）镀覆时，金刚石表面开始出现TiC；随镀覆温度升高或保温时间延长，镀层逐渐致密并增厚，在720℃镀覆时出现Ti沉积，在820℃镀覆时由于应力原因产生裂纹并导致镀层的破坏；镀层可隔绝金刚石与氧的直接接触，大幅度延缓氧对金刚石的侵蚀作用；镀钛后金刚石在胎体中可实现牢固的冶金键合。

TiO₂/BDD复合电极在电化学氧化处理药厂废水中的应用

赵新阳, 李智强, 马玉祥, 张珂皓, 黄金洲, 苑鑫杰, 徐阳, 王海龙, 席耀辉, 徐帅, 赵延军, 闫宁, 王志强

2018, 38(5): 12-16. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0003

摘要(280)

PDF 1112KB(11)

摘要:
通过水热法在掺硼金刚石（boron-doped diamond，BDD）薄膜电极表面生长出二氧化钛纳米束，制备出具有光电协同催化功能的TiO₂/BDD复合电极。通过电化学工作站表征该电极的电化学性能，并利用该电极对制药废水进行降解实验。研究结果表明：该复合电极具有宽的电化学势窗，酸性、中性和碱性条件下分别达到3 V、4 V和4 V，析氧过电位均达到2 V以上，同时背景电流低，可逆性良好。复合电极对药厂废水的降解具有显著的效果，可以在630 min的时间内，将实验水样的化学需氧量从7339 mg/L降低到19 mg/L，降解率为99.7%。

金刚石压入岩石全过程研究

叶纪超, 沈立娜, 杨甘生, 孙吉伟

2018, 38(5): 17-20,27. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0004

摘要(340)

PDF 1187KB(16)

摘要:
为了探究金刚石与岩石之间的相互作用过程和现象，在微机控制的电子万能试验机WDW-100上，进行金刚石全过程压入岩石表面的试验研究，通过其试验力-变形曲线总结出金刚石压入岩石后的破碎规律。试验结果表明：金刚石在压入较硬岩石时，宜选择小粒径的金刚石；而在压入较软岩石时，宜选用大粒径的金刚石。金刚石压入试验可为其钻头优化设计提供参考。

PCBN基体孕镶金刚石复合材料的制备与性能研究

刘宝昌, 曹鑫, 孟庆南, 朱品文, 戴文昊, 韩哲, 赵新哲, 李思奇

2018, 38(5): 21-27. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0005

摘要(263)

PDF 2082KB(11)

摘要:
在5~6 GPa、1400~1500℃、保温5 min的条件下，以立方氮化硼粉末、多种黏结剂、镀钛金刚石颗粒混合制备出金刚石复合材料。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱分析仪（EDS）、拉曼分析仪（Raman光谱）以及耐磨性、显微硬度的测试设备等，对材料的组织形貌、物相成分、界面结合情况、力学性能等进行分析。实验结果表明：金刚石颗粒良好地分布在立方氮化硼基体中，两者界面结合牢固；在界面处生成的TiB₂、TiC、AlN等陶瓷硬质相可提高复合材料的磨耗比、显微硬度、抗冲击韧性等物理力学特性。新材料的磨耗比相比于传统材料提高了37.64倍，维氏硬度大于40 GPa（加载力10 N），致密度达97%以上，耐热性达到1148℃，相比于传统PDC复合片的耐热性提高了28%~64%。

钎焊烧结金刚石钻头试验研究

彭雨, 闫海, 卜长根

2018, 38(5): 28-32. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0006

摘要(324)

PDF 1510KB(16)

摘要:
为优化钎焊烧结工艺，找到与不同地层相适应的钻头胎体配方，钎焊烧结φ36-7B、φ36-11B微型钻头，通过室内微钻试验以优化钎焊烧结工艺。结果显示：在高温低压的烧结环境下，胎体与金刚石结合良好；添加WC颗粒可以有效提高φ36-11B钻头胎体的耐磨性。

孔底流场和温度场数值模拟与试验研究——以取心孕镶金刚石钻头为例

刘宝昌, 曹鑫, 计胜利, 韩哲, 赵新哲, 李思奇

2018, 38(5): 33-38. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0007

摘要(291)

PDF 1541KB(9)

摘要:
为提高金刚石钻头的钻进效率，采用数值模拟与试验的方法研究孕镶金刚石钻头孔底流场与温度场，以合理设计钻头结构，保证钻进过程中钻头具有良好的冷却和排屑能力，避免钻头底唇面温度上升过高造成其非正常磨损。结果表明：流场产生的横向压力对转向面水口壁的压力破坏作用较大；钻头与岩石接触面温度变化与水口数目有关，水口过多会导致单个水口的钻井液流量减少，降低水口处的热传导效率，冷却效果不足，从而造成钻头磨损。

烧结压力对整体PCBN刀具微结构与性能的影响及作用机理

邓雯丽, 邓福铭, 徐智豪, 贺雪花, 张鹏, 马向东, 成少华

2018, 38(5): 39-43. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0008

摘要(410)

PDF 1781KB(9)

摘要:
将粒度尺寸5 μm的CBN微粉与黏结剂Al的混合粉末在国产六面顶压机上高压烧结制备整体PCBN材料，通过对样品磨耗比、显微硬度的测试与分析获得了较优的烧结工艺参数：烧结压力5.4 GPa、烧结温度1500℃和烧结时间240 s。测得样品的显微硬度为3897HV5（加载时间15 s），磨耗比为8750。SEM、TEM观察和XRD衍射分析表明：提高烧结压力可使CBN颗粒产生一定的塑性流动，抑制烧结过程中CBN颗粒表面逆转成hBN；黏结剂Al可与CBN颗粒表面反应形成中间产物AlN和AlB₂，在CBN颗粒之间形成牢固的陶瓷中介结合，并消除CBN烧结过程中残余的hBN，从而提高整体PCBN刀具的性能。

涂层硬质合金刀片车削典型CFRP的工程技术研究

何耿煌

2018, 38(5): 44-49,55. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0009

摘要(292)

PDF 1494KB(9)

摘要:
用相同几何结构、不同材质的2种涂层硬质合金刀片车削碳纤维增强复合材料T800H棒料，通过多分量力学传感器、压力传感器和高速摄影机监测车削过程中的切削载荷和刀具工作状态，通过光学扫描系统和数码显微系统观测分析工件已加工表面和切屑的形貌特征。结果表明：车削T800H棒料时，每种刀具都存在一个临界切削速度v_cr，在相同进给量f和恒定切削深度a_p的情况下，切削速度v_c对工件已加工表面质量影响小。实验还表明：采用硬度更高的刀具车削碳纤维，能获得更好的表面质量。

磨粒高速流动电解机械复合光整加工方法研究

王金山, 徐正扬, 徐广超

2018, 38(5): 50-55. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0010

摘要(350)

PDF 1696KB(10)

摘要:
针对复杂型面金属零件的光整加工，提出磨粒高速流动电解机械复合光整加工方法：采用随电解液高速流动的微小磨粒，通过加工过程中的电化学溶解和磨粒连续微量划擦，改善工件表面质量。通过对比试验分析了复合加工、纯电解加工和纯磨粒高速流动加工等3种方法对加工效果的影响，并用单因素法加工不锈钢工件，分析不同试验因素对工件表面粗糙度的影响。结果表明：采用复合光整加工方法能有效提高光整加工效率，降低工件表面粗糙度，获得较好的加工效果；当加工电压为5 V，加工间隙为2 mm，使用粒径为75~106 μm的Al₂O₃磨粒加工5 min时，工件表面粗糙度可以达到0.17 μm。

非球面磨削过程中圆弧形砂轮的磨损分析

陈冰, 罗良, 焦浩文, 李时春, 邓朝晖, 赵清亮

2018, 38(5): 56-60. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0011

摘要(373)

PDF 1358KB(8)

摘要:
针对砂轮磨损会严重影响非球面磨削质量的问题，基于非球面磨削的运动方式，解析了非球面磨削过程中的材料去除体积和砂轮磨损体积公式，并结合砂轮磨损实验，探究非球面磨削用圆弧形金刚石砂轮的磨损规律。结果表明：圆弧形金刚石砂轮在磨削非球面过程中由于磨损会导致其径向尺寸减小，在砂轮失效前其直径变化主要存在3个阶段：即直径快速变化阶段、缓慢变化阶段和微量变化阶段。圆弧形砂轮表面的结构特性，使得砂轮圆弧顶端的结合剂对顶端区域的磨粒把持力要低于其他磨粒的，导致该区域的磨粒和结合剂被快速磨损，直至圆弧形金刚石砂轮的几何结构不再影响其结合剂对磨粒的把持力，此后其磨损过程与平面金刚石砂轮磨损类似。

钎焊金刚石砂轮端面磨削钢轨中磨粒的单位磨削力研究

窦礼云, 肖冰, 闫薪霖, 吴恒恒, 肖皓中, 张益权

2018, 38(5): 61-66. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0012

摘要(270)

PDF 1226KB(14)

摘要:
假设钎焊金刚石砂轮磨粒形状为八面体且磨粒分布均匀，用磨粒运动学轨迹模型及有限元积分法推导端面磨削时磨粒与工件的接触线长度，用平均体积法求得未变形磨屑平均厚度，进而推出端面磨削时切向磨削力与单位磨削力的关系式，并通过钢轨端面磨削实验建立单位磨削力数学模型并进行验证。验证结果表明：单位磨削力数学预测模型有效，可为后续端面磨削时磨削力和磨削温度等的计算提供理论支撑。

航发钛合金风扇叶片自适应砂带磨削实验研究

张宏之, 梁巧云, 陈盛天, 王杰, 黄云, 邹莱

2018, 38(5): 67-72. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0013

摘要(338)

PDF 1577KB(16)

摘要:
航空发动机叶片的材料多为钛合金，该类材料强度和机械性能良好，但加工性能差，而模锻、精铣后的叶片型面精度和表面质量需要加工来满足航空发动机的要求。通过三坐标测量仪最佳拟合法检测模锻叶片，确定叶片型面加工余量，再采用自适应砂带磨削方式对航发模锻叶片材料定量去除。结果表明：磨削加工能精准去除模锻叶片表面的加工余量，保证叶片进排气边的圆弧过渡，且叶片表面粗糙度R_a值均在0.4 μm以下。

陶瓷金刚石砂轮在YG10X顶锤磨削加工中的应用

刘伟, 刘一波, 黄霞, 尹翔

2018, 38(5): 73-77. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0014

摘要(302)

PDF 1090KB(16)

摘要:
采用自行设计的陶瓷结合剂金刚石砂轮加工硬质合金顶锤，用低浓度金刚石砂轮加工其平面，用高浓度金刚石砂轮加工其外圆，并与树脂金刚石砂轮的磨削加工进行对比。实验结果表明：同等条件下陶瓷金刚石砂轮的锋利度要高于树脂金刚石砂轮的锋利度，其加工速度更快，且磨削产生的热要远低于树脂砂轮的；平面磨削中，陶瓷金刚石砂轮通过调整工艺参数或调细金刚石粒度能够获得更好的表面粗糙度；外圆磨削中，陶瓷砂轮较树脂砂轮加工效率提升约50%，当陶瓷金刚石砂轮浓度达到200%时，砂轮性价比最高。

单晶材料纳米加工的分子动力学模拟研究进展

夏斯伟, 周海, 徐晓明, 张春伟, 陈西府, 黄传锦, 徐彤彤

2018, 38(5): 78-86. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0015

摘要(501)

PDF 1689KB(31)

摘要:
分子动力学模拟技术是纳米加工研究的重要方法之一。本文概述了经典分子动力学模拟的基本原理和方法，并结合分子动力学模拟的发展历程，从单晶材料纳米加工的物相转变、结构及热力学特性、介质的影响以及加工后亚表面变形层特性这5个方面，综述了分子动力学模拟在单晶材料纳米加工研究中的应用，最后分析了单晶材料分子动力学模拟中存在的一些问题及需要关注的方向。

由专利申请态势看金刚石产业发展

付继光, 李银锁

2018, 38(5): 87-92. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.5.0016

摘要(273)

PDF 1048KB(13)

摘要:
金刚石作为已知最硬的物质，其在光学、电学、热学、声学等方面具有特殊性能，属于重要的功能材料，在产业上具有广泛的应用。本文对与金刚石材料和制品相关的专利申请进行了统计，从年代发展、技术主题和区域分布等角度做了进一步的分析。通过分析发现：该领域的专利申请态势与其产业发展和产业格局的演变密切相关，各阶段专利申请展现出的特点与该阶段产业发展的情况高度吻合。最后，从专利申请态势演变的角度对产业和企业的发展给出了一些建议。