CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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TiH2的加入对Cu3Sn金属间化合物金刚石砂轮磨削性能的影响

何珂桥 陈帅鹏 康希越 贺跃辉

何珂桥, 陈帅鹏, 康希越, 贺跃辉. TiH2的加入对Cu3Sn金属间化合物金刚石砂轮磨削性能的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2025, 45(1): 12-20. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0261
引用本文: 何珂桥, 陈帅鹏, 康希越, 贺跃辉. TiH2的加入对Cu3Sn金属间化合物金刚石砂轮磨削性能的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2025, 45(1): 12-20. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0261
HE Keqiao, CHEN Shuaipeng, KANG Xiyue, HE Yuehui. Effect of TiH2 addition on grinding performance of Cu3Sn intermetalliccompound diamond wheels[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2025, 45(1): 12-20. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0261
Citation: HE Keqiao, CHEN Shuaipeng, KANG Xiyue, HE Yuehui. Effect of TiH2 addition on grinding performance of Cu3Sn intermetalliccompound diamond wheels[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2025, 45(1): 12-20. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0261

TiH2的加入对Cu3Sn金属间化合物金刚石砂轮磨削性能的影响

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0261
详细信息
    通讯作者:

    贺跃辉,男,1963年生,博士,教授。主要研究方向:金属间化合物、超硬材料和粉末冶金高速钢等。E-mail: yuehui@csu.edu.cn

  • 中图分类号: TG74

Effect of TiH2 addition on grinding performance of Cu3Sn intermetalliccompound diamond wheels

  • 摘要: 为进一步提升Cu3Sn金属间化合物金刚石砂轮的锋利度和保形性,制备不同TiH2加入量的Cu3Sn金属间化合物球磨粉末、金刚石磨块及砂轮。通过对微观形貌、氧含量、物相组成、热效应、力学性能等进行测试和分析,探究TiH2对Cu3Sn金属间化合物金刚石砂轮磨削性能的影响。研究结果表明:TiH2对Cu3Sn球磨粉末有抑制增氧的作用,促进粉末烧结。当TiH2的质量分数为2.0%时,氧质量分数从0.67%降低到最小值0.51%。TiH2能够提高胎体对金刚石的把持力,可提高试样的抗弯强度和硬度:当TiH2的质量分数为1.5%时,抗弯强度达到最大值80.74 MPa;当TiH2的质量分数为2.0%时,洛氏硬度达到最大值109.88 HRB;当TiH2的加入量继续增大时,抗弯强度和硬度反而下降。TiH2可提升砂轮的磨削性能,磨削YG8硬质合金时,加入质量分数为2.0%的TiH2使金刚石砂轮最快进给速率从0.020 mm / 次提升到0.035 mm / 次,磨削比从51.09提升到最大值172.03。

     

  • 图  1  Cu3Sn + 1.5% TiH2球磨粉末的SEM二次电子像

    Figure  1.  SEM secondary electron images of Cu3Sn + 1.5% TiH2 ball-milling powder

    图  2  Cu3Sn与不同质量分数TiH2混合粉末在球磨前后的粒度(D50

    Figure  2.  Particle size (D50) of Cu3Sn powders mixed with different contents of TiH2 before and after ball-milling

    图  3  TiH2粉末球磨前后的XRD图谱

    Figure  3.  XRD pattern of TiH2 powder with and without ball-milling

    图  4  Cu3Sn与不同含量TiH2混合粉末以及纯TiH2粉末球磨前后的氧含量

    Figure  4.  O content of Cu3Sn powders mixed with different contents of TiH2 and pure TiH2 powder before and after ball-milling

    图  5  Cu3Sn、Cu3Sn + TiH2以及TiH2球磨后的DSC曲线

    Figure  5.  DSC curves of Cu3Sn, Cu3Sn + TiH2 and TiH2 after ball-milling

    图  6  TiH2对金刚石磨块抗弯强度和洛氏硬度的影响

    Figure  6.  Effect of TiH2 on flexural strength and Rockwell hardness of diamond grinding block

    图  7  Cu3Sn + 2.5% TiH2和Cu3Sn金刚石磨块的红外光谱

    Figure  7.  Infrared spectra of Cu3Sn diamond grinding blocks with 2.5% TiH2 and without TiH2

    图  8  TiH2加入量对金刚石磨块断面单位面积金刚石数量的影响

    Figure  8.  Effect of TiH2 addition on number of diamonds per unit area of diamond grinding block section

    图  9  金刚石磨块断口的SEM图像

    Figure  9.  SEM images of fracture of diamond grinding blocks

    图  10  TiH2加入量对砂轮磨削比的影响

    Figure  10.  Effect of TiH2 addition on grinding ratio of grinding wheel

    表  1  实验试剂

    Table  1.   Experimental reagents

    试剂 纯度 /
    质量分数
    粒度 生产商
    Cu3Sn >99.9% 9.394 μm
    D50
    有研新材料股份有限公司
    TiH2 >99.7% <38 μm 成都国衡科技有限公司
    无水乙醇 AR,>99.7% 湖南汇虹试剂有限公司
    球形石墨 >99.0% 20~30 μm 中钢碳素化学股份有限公司
    金刚石 >98.0% 53 / 45 μm 郑州金开新材料科技
    有限公司
    硬脂酸 AR 天津市科密欧化学试剂
    有限公司
    浓盐酸 AR,36.0%~38.0% 国药集团化学试剂有限公司
    浓硝酸 AR,65.0%~68.0% 国药集团化学试剂有限公司
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    表  2  实验仪器

    Table  2.   Experimental instruments

    仪器 型号 制造商
    行星式球磨机 XQM-2 长沙天创粉末技术
    有限公司
    电热恒温烘箱 101-3 兴化市金虎电热电器
    有限公司
    三维混料机 Turbula T2C Willy A. Bachofen AG
    Maschinenfabrik
    四柱液压机 YQ32-400 山东滕州泰力数控机床
    有限公司
    箱式电阻炉 SX-12-10 长沙市长城电炉厂
    场发射扫描电子显微镜 Quanta FEG 250 FEI Company, Inc.
    激光粒度分布仪 BT-9300H 丹东百特仪器有限公司
    X射线衍射仪 Empyrean PANalytical B.V.
    氧氮氢分析仪 TCH600 LECO Corporation
    同步热分析仪 STA 449F3 NETZSCH
    微机控制电子
    万能试验机
    LD25.504 深圳市兰博三思材料检测
    有限公司
    数显洛氏硬度计 200HRS-150 莱州华银试验仪器
    有限公司
    傅里叶变换红外光谱仪 Nicolet™ iS50 Thermo Fisher Scientific Inc.
    三维超景深显微镜 VHX-5000 KEYENCE Corporation
    卧轴矩台平面磨床 SG2550AHD 上海启哲实业有限公司
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    表  3  金刚石磨块及砂轮的配方设计

    Table  3.   Formulation of diamond grinding blocks and wheels

    样品Cu3Sn质量
    分数 ω1 / %
    TiH2质量
    分数 ω2 / %
    石墨质量
    分数 ω3 / %
    金刚石质量
    分数 ω4 / %
    对照88.501.510
    188.00.51.510
    287.51.01.510
    387.01.51.510
    486.52.01.510
    586.02.51.510
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    表  4  Cu3Sn / TiH2金刚石砂轮磨削YG8硬质合金的实验数据

    Table  4.   Experimental data of Cu3Sn / TiH2 diamond grinding wheel grinding YG8 cemented carbide

    TiH2质量分数
    ω2 / %
    最快进给速率
    v / (mm / 次)
    硬质合金体积变化值
    V1 / mm3
    砂轮体积变化值
    V2 / mm3
    磨削比
    G
    磨耗比
    Φ
    表面粗糙度
    Ra / μm
    0 0.020 10 276.08 201.140 0 51.09 0.019 6 0.07 ~ 0.11
    0.5 0.030 10 074.87 241.623 0 41.70 0.024 0 0.05 ~ 0.09
    1.0 0.040 10 200.30 247.557 6 41.20 0.024 3
    1.5 0.030 10 390.62 109.513 1 94.88 0.015 0
    2.0 0.035 10 436.30 60.648 8 172.03 0.005 8
    2.5 0.040 10 362.18 144.938 5 71.49 0.014 0
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-01
  • 修回日期:  2024-03-04
  • 录用日期:  2024-03-18
  • 网络出版日期:  2024-06-21
  • 刊出日期:  2025-02-20

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