金刚石与磨料磨具工程

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代凯, 王传新, 许青波, 王涛

2018, 38(4): 1-5. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0001

摘要(409)

PDF 1421KB(14)

摘要:
为提高热丝CVD法沉积金刚石薄膜的生长速率，以丙酮和氢气作为反应气源，利用自制的半封闭式空间约束装置，将热丝、衬底、反应气体聚集在狭小空间内，研究不同气体流速条件下的金刚石薄膜沉积情况；使用SEM和Raman光谱表征所合成的薄膜。结果表明：采用约束式沉积法可以显著提高沉积速率，本实验在230 cm³/min（标况）气体流速下获得最大沉积速率6.31 μm/h，比未约束时增大了近一倍。随着气体流速增大，沉积速率先增大后减小；气体流速86~115 cm³/min（标况）时，晶粒尺寸为微米级；气体流速115~575 cm³/min（标况）时，晶粒尺寸减小至纳米级。Raman光谱检测显示：约束式沉积所得薄膜总体质量较好，但随气体流速增大而逐渐降低。

深冷处理金刚石颗粒的性能表征

刘宝昌, 曹鑫, 张弛, 孟庆南, 李闯

2018, 38(4): 6-10. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0002

摘要(313)

PDF 1130KB(12)

摘要:
对3种颗粒尺寸的人造金刚石进行深冷处理，并对处理前后的金刚石颗粒进行拉曼光谱、荧光光谱分析及静压强度测试。结果表明：粒度标记30/35的金刚石颗粒处理后静压强度平均值提高了23.2%，内部残余应力下降了25.93%。深冷处理使人造金刚石颗粒磁性降低，颗粒中的缺陷得到修复，内部残余应力释放，静压强度提高。

纳米多晶金刚石微结构及塑性形变机制的研究进展

何艮春, 许超, 刘春梅

2018, 38(4): 11-19. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0003

摘要(453)

PDF 1376KB(22)

摘要:
纳米多晶金刚石是指晶粒尺寸小于100 nm的金刚石晶粒直接结合而形成的多晶材料。石墨经高温高压直接转变合成的纳米多晶金刚石的硬度达120~145 GPa，洋葱碳直接转变合成的金刚石晶粒内含高密度孪晶，此纳米孪晶金刚石硬度达200 GPa，远超单晶金刚石的硬度。材料优良的性能源于其微观结构，揭示其塑性形变机制将利于更高性能纳米超硬材料的设计与合成。本文概述了纳米多晶金刚石微观结构及其塑性形变机制的国内外研究现状，重点介绍和评价了纳米多晶金刚石塑性形变机制的实验及理论研究，为纳米多晶金刚石材料的进一步研究和应用提供参考。

金刚石基微机电系统制备方法的研究进展

鲁云祥, 满卫东, 罗红泰, 陈梦唤, 陈培钦

2018, 38(4): 20-26. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0004

摘要(394)

PDF 1478KB(16)

摘要:
金刚石由于其独特的物理、化学和电学性质，以及以薄膜形式生长的可行性，是制造可靠、长寿命，微机电/纳米机电系统（MEMS/NEMS）材料的理想选择。近年来化学气相沉积金刚石薄膜生长的进展促进了金刚石在微机电系统的应用，实现了基于金刚石的MEMS和NEMS开发的新时代。但是由于其难以精确加工，目前仍未能大规模应用。本文对当前金刚石基MEMS的研究进展进行了阐述，主要探讨了当前主要应用的金刚石基MEMS系统的加工方法，并进行了进一步的展望。

金刚石表面预处理技术在金刚石钻头中的应用

徐良, 刘一波, 徐强, 杨林

2018, 38(4): 27-29,35. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0005

摘要(469)

PDF 966KB(29)

摘要:
介绍了金刚石工具中常用的金刚石表面镀钛和坑化处理等2种表面预处理技术。并对比分析使用镀钛、坑化处理的金刚石钻头和常规金刚石钻头在钻进钢筋混凝土时的效率和寿命。钻进实验证明：与常规金刚石相比，镀钛金刚石钻头寿命可以提高30%以上；坑化处理金刚石可以将钻头寿命和钻进效率分别提高35%和10%，并且能降低生产时的金刚石浓度，是目前发展较为迅速的一种工艺技术。

胎体中含有铜锰阻尼合金成分的金刚石钻头研制及钻进试验

刘宝昌, 韩哲, 李思奇, 赵新哲, 李闯, 曹鑫

2018, 38(4): 30-35. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0006

摘要(320)

PDF 1667KB(15)

摘要:
孕镶金刚石钻头在钻进过程中，经常会遇到有害的振动问题，这种振动极大地影响钻进的稳定性。阻尼合金能耗散振动能，可达到减振的目的。本实验用铜锰粉末代替63^#配方中的663青铜粉，来制作金刚石钻头的胎体试样。对胎体试样进行力学性能测试及断口形貌分析，结果表明：相较于63^#配方试样，质量分数40%铜锰粉末的胎体试样组织均匀，结构致密，硬度提升14.7%；孕镶金刚石钻头磨耗比提高13.2%，抗弯强度降低22.4%。钻进试验结果表明：在钻进均质花岗岩岩样时，质量分数40%的铜锰配方钻头与63^#配方孕镶金刚石钻头钻进性能相近，钻进振动加速度幅度减小约4.3%，钻头阻尼性能提高，钻进过程更加平稳。

铜磷预合金粉在金刚石工具中的应用

于奇, 马佳, 龙伟民, 钟素娟, 丁天然, 于新泉

2018, 38(4): 36-40. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0007

摘要(322)

PDF 1552KB(26)

摘要:
在金刚石工具中添加铜磷预合金粉，热压烧结过程中铜磷预合金粉瞬时液化对铁铜基础粉形成钎焊连接，烧结体的致密度、硬度、强度均得到提高。铜磷预合金粉改善单质铁粉和铜粉的润湿性和结合力，并在晶界处生成脆性化合物，增加烧结体的脆性，提高了金刚石工具的锋利度，在金刚石工具行业中具有广阔的应用前景。

脱蜡工艺对超细预合金胎体中碳氧含量的影响

姚炯彬, 刘一波

2018, 38(4): 41-44. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0008

摘要(277)

PDF 1038KB(11)

摘要:
为提高超细预合金粉末的流动性、冷压性能，需加入制粒剂对超细预合金粉末进行制粒，再通过还原脱蜡工艺和随炉保温脱蜡工艺2种脱蜡方法去除。结果表明：超细预合金粉末制粒后无论采用还原脱蜡工艺还是随炉保温脱蜡工艺脱蜡，烧结后的胎体都会有制粒剂残留从而使碳含量增加；还原脱蜡工艺处理的胎体中碳、氧质量分数最低，分别为0.048%和0.22%，但随炉保温脱蜡工艺通过延长保温时间，胎体中碳含量也可以达到还原脱蜡工艺的水平。在随炉保温脱蜡工艺下，试样氧含量不随保温时间增加而降低，只与烧结条件有关，高温烧结时石墨模具内产生还原性气氛使试样氧含量降低。2种脱蜡方法对超细FeCoCu预合金粉末胎体的抗弯强度和洛氏硬度影响不大。

CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对热压富铁基胎体力学性能的影响

艾昆, 李静仪, 段隆臣, 贾永江, 谭松成, 方小红

2018, 38(4): 45-49. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0009

摘要(341)

PDF 1042KB(7)

摘要:
热压富铁基金刚石钻头具有成本低、钻速高的优点，已在钻探中广泛应用。对比相同的热压富铁基胎体配方，通过测试试样的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性，研究CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明：添加CSB-2预合金粉的胎体性能均比单质混粉胎体性能好。随CSB-2质量分数的增加，胎体的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性分别最大提高了7.68%、27.99%、94.43%和312.82%；同时，胎体粉末预合金化有利于降低胎体的热压烧结温度；为获得良好的应用效果，CSB-2质量分数应大于30%，且最佳烧结温度为940~980℃。

WC_xTaC-Co硬质合金的结构性能及高温硬度的演变

林亮亮

2018, 38(4): 50-55,60. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0010

摘要(414)

PDF 1759KB(15)

摘要:
通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、电子探针微区分析（EPMA）、常规物理力学性能检测以及高温硬度测试方法，研究WC-Co硬质合金中添加质量分数为0.00%~3.00%的TaC对其组织结构、力学性能以及高温硬度的影响。研究结果表明：当TaC质量分数低于0.50%时，TaC主要溶解于硬质合金黏结相中，起固溶强化和抑制晶粒长大的作用，合金的室温维氏硬度和抗弯强度明显提升；当TaC质量分数由0.50%增加至3.00%时，合金结构中开始出现不均匀分布的（Ta，W）C析出相，合金的室温维氏硬度缓慢增加，抗弯强度先缓慢增加而后下降。添加TaC有助于提升硬质合金的高温硬度，提升效果与TaC添加量存在一定的正相关关系。在1000℃高温下，未添加TaC的合金高温维氏硬度为802 MPa，而添加质量分数1.50%的TaC的合金高温维氏硬度明显改善，其高温硬度值可达1 025 MPa。

化学气相沉积不同碳氮比MT-Ti(C,N)涂层

邹伶俐

2018, 38(4): 56-60. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0011

摘要(341)

PDF 1856KB(7)

摘要:
采用化学气相沉积法在硬质合金基体上沉积具有不同碳氮比的MT-Ti（C，N）涂层，通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱仪（EDS）和纳米硬度仪、划痕仪分别对其微观组织和机械性能进行分析。研究结果表明：碳源对MT-Ti（C，N）涂层中的碳氮比起着至关重要的作用；其中，在现有单一的乙腈（CH₃CN）中温化学涂层反应体系中，引入C₂H₄可以有效提高MT-Ti（C，N）涂层的碳氮比，且随着碳氮比的增大，MT-Ti（C，N）涂层的晶粒得到明显细化。与此相对应的纳米硬度、弹性模量和结合力也随C/N比发生显著变化。

Si粉粒径及其添加量对SiC陶瓷材料结构和性能的影响

马丽君, 李文凤, 黄庆飞, 谢育波, 侯永改

2018, 38(4): 61-63,71. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0012

摘要(484)

PDF 979KB(13)

摘要:
将平均粒径为75 μm和48 μm、质量分数为0%~8%的Si粉分别添加到SiC陶瓷材料中，在1550℃下保温3 h烧成，研究Si粉粒径及其添加量对SiC陶瓷材料烧结性能、力学性能和显微结构的影响。结果表明：添加不同粒径及质量分数的Si粉可改善SiC陶瓷材料的显微结构，提高其烧结性能和力学性能；在一定范围内，较小粒径的Si粉更有利于形成均匀、致密的SiC烧结体，大幅提升SiC陶瓷材料的性能；当Si粉粒径为48 μm且添加的质量分数为4%时，SiC陶瓷材料的烧结性能和力学性能较优，其体积密度和显气孔率分别为2.58 g/cm³和13.5%，抗弯强度和洛氏硬度分别为25 MPa和115 HRB。

金刚石油石超精加工氧化锆陶瓷轴承沟道的仿真与实验研究

李颂华, 王维东, 吴玉厚, 孙健, 韩涛

2018, 38(4): 64-71. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0013

摘要(321)

PDF 2600KB(17)

摘要:
用ABAQUS软件建立金刚石油石超精加工氧化锆陶瓷轴承沟道有限元模型，分析其加工机理，并利用金刚石油石对氧化锆轴承沟道进行超精加工，获取超精加工后沟道表面粗糙度及表面形貌，研究超精加工应力对氧化锆轴承沟道表面质量的影响。结果表明：工件切线速度由150 m/min增加到450 m/min，表面应力减小，表面粗糙度值由0.091 2 μm下降到0.059 3 μm，随后增大；油石压力由0.2 MPa增加到0.8 MPa，表面应力增大，表面粗糙度值由0.194 2 μm下降到0.032 2 μm；当金刚石油石的长、短行程摆动速度增加，轴承沟道表面应力增大，其表面粗糙度值分别由0.071 6 μm增加到0.085 8 μm和0.062 7 μm增加到0.100 8 μm。适当提高工件切线速度、油石压力、长行程摆荡速度，降低短行程振荡速度有助于改善加工质量。

机床主轴智能磨削工艺软件的研究与开发

葛智光, 邓朝晖, 刘伟, 万林林, 彭克立, 吕黎曙

2018, 38(4): 72-76,82. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0014

摘要(401)

PDF 1515KB(5)

摘要:
以机床主轴磨削工艺方案智能推理为研究对象，研发了满足智能化制造机床主轴的磨削工艺软件。该软件汇集了机床主轴智能磨削工艺基础数据库、工艺知识库、工艺实例优选与智能推理、数控自动编程等多个模块，并应用于数控外圆磨床生产实践中。结果表明：该磨削工艺软件能显著提高主轴数控磨削工艺方案决策的准确度，决策正确率达到96%，工艺决策时间缩短约50%，从而提高加工效率。

偏摆式平面研磨抛光轨迹的理论研究

严振, 方从富, 刘冲

2018, 38(4): 77-82. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0015

摘要(395)

PDF 1587KB(12)

摘要:
为分析偏摆式平面研磨抛光中偏摆运动参数对研磨抛光轨迹的影响规律，建立运动轨迹模型，用轨迹非均匀性定量方法进行评价。结果表明：偏摆幅度和偏摆角度对轨迹非均匀性影响显著，而偏摆角速度（取到非特殊值时）对轨迹非均匀性影响很小。当偏摆幅度和偏摆角度分别为15 mm和30°左右时，轨迹非均匀性明显改善，其值可减小到0.058；而选择不当的偏心距和偏摆运动参数时，其值可达0.284。

钢轨打磨车砂轮技术标准

张国文, 贺春江, 张静, 裴顶峰

2018, 38(4): 83-86. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2018.4.0016

摘要(437)

PDF 913KB(27)

摘要:
在介绍中国铁路总公司企业标准Q/CR 1-2014《钢轨打磨车砂轮订货技术条件》制定背景的基础上，叙述了标准的主要内容及制定原则，着重对标准中参数的来源及依据进行了说明，解析了标准中钢轨打磨砂轮磨削性能、回转性能、静平衡性能参数的选择，对标准的合理性进行了评价。