金刚石与磨料磨具工程

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肖长江, 陈怡光, 栗正新

2019, 39(5): 1-6. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0001

摘要(301)

PDF 1002KB(17)

摘要:
在不同温度下，将金刚石在空气中单独刻蚀或与MnO₂混在一起刻蚀，用表面形貌、刻蚀面积和单颗粒抗压强度来表征单晶表面刻蚀程度。结果表明：MnO₂和空气都能刻蚀人造金刚石单晶表面，且随刻蚀温度升高刻蚀加剧。在相同刻蚀温度下，用MnO₂刻蚀时，单晶的{111}面比{100}面刻蚀严重；而在空气中，其{100}面比{111}面刻蚀严重。金刚石单晶刻蚀后其{100}面易形成四边形坑，{111}面易形成金字塔形刻蚀坑。且MnO₂刻蚀剂能够对金刚石表面刻蚀起促进作用，使刻蚀面积增大和最大刻蚀速率对应的温度降低，导致金刚石单颗粒抗压强度大幅下降。

原生表面粗糙化的金刚石单晶制备及表征

赵自勇, 李振宇, 蔡玉乐, 陈志民, 丁义良, 来洋, 祁莉霞

2019, 39(5): 7-12. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0002

摘要(410)

PDF 936KB(30)

摘要:
通过添加新型催化剂、优化触媒配方、调整还原工艺以及优化合成温度和压力，开发表面粗糙化的金刚石单晶，实现对其颜色及表面形貌的调控。扫描电子显微镜和原子力显微镜表征金刚石晶体表面具有规则的波纹状纹路；拉曼光谱证明金刚石晶体表面碳原子的杂化类型为sp³；冲击韧性和热冲击韧性结果显示原生表面粗糙化的金刚石的热稳定性优于常规金刚石的；此外，原生表面粗糙化的金刚石磁化率低，晶体内部杂质少。锯切试验结果表明：使用该类金刚石制成的小径锯片具有良好的锋利度和耐磨性。

无氢气氛下铁对金刚石的刻蚀

邵增明, 苏彦宾, 张存升, 武瑞阁

2019, 39(5): 13-15. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0003

摘要(283)

PDF 889KB(14)

摘要:
用铁粉在无流动氢气气氛下催化刻蚀金刚石。用扫描电子显微镜(SEM)、激光探针分析仪以及X射线衍射仪表征其表面形貌、刻蚀坑深度和刻蚀后金刚石的结构和成分，同时对金刚石的刻蚀行为进行分析。结果表明:在无氢气气氛下，铁粉通过其催化作用刻蚀金刚石晶体；刻蚀主要在金刚石的{111}、{100}面进行，且{100}面的刻蚀速率大于{111}面的，其刻蚀机制是通过铁-金刚石间形成Fe-C相实现的；且刻蚀受铁相含量影响，刻蚀后金刚石结构不变。

镀液配比对金刚石微粉化学镀镍增重率的影响

方莉俐, 程丙良, 李怡哲

2019, 39(5): 16-21. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0004

摘要(300)

PDF 979KB(18)

摘要:
通过正交试验探究络合剂、分散剂、稳定剂的浓度对金刚石微粉镀镍增重率的影响。结果表明：影响镀镍增重率因素的主次排序为：氨水> 柠檬酸> 柠檬酸钠> 硫脲> 十二烷基苯磺酸钠。综合考虑增重率、漏镀、连晶等情况，金刚石微粉表面化学镀镍的最优配方为：硫酸镍25 g/L，次亚磷酸钠33 g/L，氨水10～15 mL/L，柠檬酸15～20 g/L，柠檬酸钠10～15 g/L，硫脲1.3～2.1 mg/L，十二烷基苯磺酸钠1.6～2.4 g/L。

镀镍溶液中硼酸含量分析方法对比

赵俊, 邢波, 贾贺峰, 骆苗地, 祝小威

2019, 39(5): 22-25. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0005

摘要(321)

PDF 874KB(11)

摘要:
试验对比了2种常用镀镍溶液中硼酸含量分析方法的准确度、精密度和检测效率。结果表明：分离测定法和快速测定法2种方法的准确度和精密度均可满足生产检测要求，前者的检测结果的准确度和精密度优于后者，后者的检测效率高于前者。

爆轰烧结氧化铝黏结型纳米聚晶金刚石微粉

严仙荣, 李晓杰, 王小红, 闫鸿浩, 冯博, 曾哲琰

2019, 39(5): 26-32. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0006

摘要(321)

PDF 1016KB(11)

摘要:
爆轰烧结氧化铝黏结型纳米聚晶金刚石微粉，并用热重分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪分析其热稳定性、形貌、晶体结构等。发现：聚晶粉体在空气中热稳定性良好，没有明显金刚石氧化现象；且粉体分散性较好，分散粒度在0.5～0.7 μm之间。聚晶金刚石粉体由粒径100～200 nm的大颗粒聚集而成，而大颗粒是由2～10 nm纳米金刚石颗粒经氧化铝紧密黏结而形成的聚集体。

聚晶金刚石表面加工质量对比试验研究

邓福铭, 张黎燕, 邓雯丽, 刘嘉霖, 杨雪峰, 闫晓, 卢学军

2019, 39(5): 33-38. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0007

摘要(296)

PDF 969KB(31)

摘要:
为解决聚晶金刚石(PCD)表面加工成型和抛光难题，提高PCD加工效率和表面加工质量，采用电火花粗、精放电加工工艺及金刚石砂轮磨削加工工艺对PCD表面进行加工，并采用SEM、EDS、XRD和Raman等观察分析不同加工方式下PCD的表面形貌、表层组织及结构，对不同加工方式下PCD的显微硬度和耐磨性进行测试，考察不同加工方式对PCD表层微结构与力学性能的影响。结果表明：电火花加工后PCD表面会发生金刚石石墨化，而机械磨削加工后则不会；电火花精加工后PCD的显微硬度和耐磨性分别是5 613 HV 10和Q 5.8×10⁴，机械磨削加工后则分别是5 727 HV 10和Q 5.4×10⁴，二者相比变化不大，而电火花粗加工后的则是4 604 HV 10和Q 4.7×10⁴，性能降低明显。同时提出放电加工后PCD表面变质层的概念，并讨论其变质层产生的原因。

不同TiN含量整体式PCBN复合材料微观组织及性能研究

邓福铭, 贺雪花, 邓雯丽, 张倬维, 王浩, 张鹏, 冯飞

2019, 39(5): 39-43. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0008

摘要(298)

PDF 955KB(13)

摘要:
在高温高压烧结条件下以TiN为主要结合剂，加入一定量的Al，研究TiN含量对整体聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料微观组织与力学性能的影响。分别对烧结样品进行物相组成分析、微观结构观测以及体积密度和硬度测试。结果表明：CBN与结合剂TiN、Al反应生成TiB₂、AlN，TiN与Al发生反应生成Al₃Ti ，TiN与反应生成物AlN、TiB₂、Al₃Ti等构成黏结相均匀分布于 CBN晶界周围，牢固地将CBN 晶粒黏结在一起，有效地提高了整体PCBN复合材料的结合强度。低含量TiN对整体PCBN的致密度和硬度均有一定程度的提升，在TiN、Al、CBN的质量分数分别为10%、10%、80%时，整体PCBN复合材料的力学性能达到最佳。

切入式磨削烧伤仿真预测与控制方法研究

朱欢欢, 李厚佳, 张利华, 贾宝富

2019, 39(5): 44-49. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0009

摘要(336)

PDF 946KB(16)

摘要:
基于磨削热传递模型和磨削去除率模型，提出了一种基于监控功率信号的切入式磨削烧伤仿真预测与控制方法，对砂轮在粗磨、半精磨、精磨、光磨各阶段的磨削功率信号进行监测，再利用计算机对机床数控系统各加工工艺参数进行控制，使砂轮实际磨削功率信号始终低于磨削烧伤最大功率边界的5%～15%，来避免出现工件磨削烧伤现象；同时，用轴承套圈内圆磨削试验验证了该方法的有效性和实用性。

基于DEFORM^3D的伺服阀芯端面磨削毛刺形成仿真

马天嵘, 党嘉强, 安庆龙

2019, 39(5): 50-56. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0010

摘要(336)

PDF 1000KB(10)

摘要:
为研究磨粒不同排布方式对磨削毛刺形成的影响，对伺服阀阀芯材料端面磨削过程进行简化，利用DEFORM^3D对单颗磨粒在叶序、错位和随机3种排布形式下的磨削过程建模并进行磨削有限元仿真，分析3种不同磨粒排布方式下的侧边毛刺形成过程，比较其磨削毛刺高度。结果表明：在叶序排布下，2颗磨粒中间接触边处存在高度较为稳定的毛刺；在错位排布下，2颗磨粒的磨削轨迹基本重合，耕犁的工件表面两侧形成毛刺；在随机排布下，2颗磨粒的磨削轨迹存在重叠，2颗磨粒接触边处材料挤压隆起特征更显著，容易形成二次毛刺。使用叶序排布的砂轮更有利于加工中控制毛刺的高度。

砷化镓衬底加工技术研究及其新发展

罗斌, 阎秋生

2019, 39(5): 57-66. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0011

摘要(934)

PDF 1048KB(39)

摘要:
第二代半导体砷化镓(GaAs)材料是衬底外延生长和器件制备的基础材料，其晶片表面要求超光滑、无表面/亚表面损伤和低的残余应力等，且其表面平坦化质量决定了后续外延层的质量，并最终影响相关器件的性能。通过归纳分析砷化镓单晶材料的本征特性及其切割、磨边、研磨、抛光等技术的研究进展，对砷化镓超光滑平坦化加工技术未来的研究方向进行展望。

固结磨料垫高效研磨氟化钙晶体研究

沈功明, 顾群飞, 王科荣, 唐超, 牛凤丽, 朱永伟

2019, 39(5): 67-72. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0012

摘要(421)

PDF 956KB(17)

摘要:
氟化钙晶体的高效精密研磨加工是实现其超精密抛光加工的前提。采用单晶金刚石和聚集体金刚石磨料制备固结磨料垫(FAP)，对比研究其研磨加工性能，探索不同种类的金刚石磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明：采用聚集体金刚石磨料制成的FAP研磨效率明显高于单晶金刚石FAP的，且其材料去除率更稳定，同时聚集体金刚石FAP的自修整能力要优于单晶金刚石FAP的。在10 kPa压力下，采用初始粒径为3～5 μm的聚集体金刚石FAP研磨氟化钙晶体，其材料去除率达13.0 μm/min, 表面粗糙度值R_a为130.0 nm。

砂轮表面磨粒出露高度对轴承钢磨削振动的影响

杨威, 朱建辉, 师超钰, 赵延军, 赵炯, 惠珍, 郭泫洋

2019, 39(5): 73-78. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0013

摘要(279)

PDF 956KB(16)

摘要:
为探究砂轮表面磨粒形态对磨削振动的影响规律，提高磨削加工质量，构建了磨削振动模型并推导磨粒形态-接触刚性-磨削振动的对应关系，开展修整-磨削试验，通过试验分析并验证不同磨粒形态对磨削振动信号RMS和工件表面波纹特征W_a影响的差异。结果表明：在不影响砂轮锋利性的前提下，表征磨粒出露高度的砂轮AH值减小约58%，则RMS值和W_a值分别减小约47%和57%；在相同磨粒出露高度条件下，磨粒钝化的比例约20%，则RMS和W_a分别减小约22%和30%；同时，适度减小磨粒出露高度，磨粒适度钝化，有助于增大磨粒与工件接触面积，改善磨削振动，提高磨削加工质量。且提出的磨削振动模型与试验结果相符。

基于阶梯分层磨削试验方法的棕刚玉砂轮磨损演变研究

朱烨均, 丁文锋, 陈珍珍, 易鹏, 饶志文

2019, 39(5): 79-84. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0014

摘要(270)

PDF 995KB(9)

摘要:
为提高镍基合金K4125的材料加工效率、改善其表面质量，开展棕刚玉砂轮磨削K4125的磨损试验研究。基于阶梯分层磨削、石墨复形的试验方法，探究砂轮的磨损机理，分析砂轮磨损对磨削力、工件表面质量的影响规律。结果表明：当K4125累积材料去除体积由100 mm³/mm增至125 mm³/mm时，砂轮进入剧烈磨损阶段，棕刚玉砂轮的磨削力比增加了70.3%至10.9；砂轮径向磨损量由18.0 μm增至25.1 μm。由于K4125表面氧化物与棕刚玉砂轮亲和性较强，砂轮磨损表面存在大量由黏附磨屑形成的磨耗平台，其材料去除能力急剧降低。综合考虑砂轮的磨损速率与磨削效果，棕刚玉砂轮磨削K4125合金的最佳材料去除体积应控制在100 mm³/mm。

高频感应钎焊金刚石磨粒剪切失效的试验研究

杨沁, 凌景亮, 崔长彩, 黄辉

2019, 39(5): 85-91. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0015

摘要(298)

PDF 1001KB(18)

摘要:
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。

电镀金刚石线锯切割光伏多晶硅的表面特性与锯丝磨损分析

庞继伟, 高玉飞, 李升

2019, 39(5): 92-96. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0016

摘要(344)

PDF 925KB(32)

摘要:
电镀金刚石线锯切割的光伏多晶硅切片表面特性，影响其断裂强度和后续的制绒工艺；为探究线锯锯切工艺参数对多晶硅切片表面特性的影响规律，揭示电镀金刚石锯丝的磨损机理，开展了光伏多晶硅的电镀金刚石线锯切片试验。研究结果表明：锯切的多晶硅表面存在由金刚石磨粒的塑性剪切、微切削去除形成的塑性浅划痕与较深的沟槽，及材料脆性去除留下的表面破碎微凹坑；切片表面材料的塑性去除和脆性去除相对比例随工艺参数组合变化而变化，增大晶片进给速度，降低走丝速度，切片表面粗糙度增大，表面形貌逐渐由塑性沟槽为主转变为以破碎微凹坑为主；使用表面镀镍(金属化)的金刚石颗粒制备的电镀金刚石锯丝的磨损形态在稳定阶段主要是磨粒磨平，使用后期主要是磨粒脱落和镀层磨损。

基于纳米流体冷却的钛合金车削温度场分析

邵维范

2019, 39(5): 97-102. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0017

摘要(369)

PDF 951KB(9)

摘要:
车削钛合金时加工区温度高，会降低工件表面质量、加剧金刚石车刀磨损。可使用雾化纳米流体喷射等冷却方式改善车削环境，提高钛合金表面的加工质量和金刚石刀具的耐用度。基于ABAQUS仿真软件建立Ti-6Al-4V钛合金材料模型，研究不同冷却方式下切屑和刀具的温度变化规律，并进行钛合金车削试验对仿真结果进行验证。结果表明：车削钛合金时使用雾化纳米流体喷射方式降温效果良好，切屑和刀具表面最高温度分别为168 ℃和142 ℃，相比于普通冷却方式的温度下降了约70%。在稳定切削状态下的切屑和刀具温度仿真和试验结果误差在5%以内，仿真结果合理。

基于有限元的前刀面应力分布研究

王彧, 范江波, 徐长成, 李锐, 张晓龙

2019, 39(5): 103-107. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0018

摘要(349)

PDF 926KB(19)

摘要:
利用有限元方法研究切削加工过程中刀具与切屑的接触区域内前刀面应力分布，发现接触区域的摩擦系数和最大切应力值的选取与接触表面信息有关。结果表明：从刀尖到刀屑分离点处，前刀面应力呈快速下降—缓慢降低—明显下降的过程；切削厚度对应力分布有较大影响，当切削厚度为0.13 mm时应力曲线不再出现缓慢降低的过程；切削速度对应力分布、接触长度和切屑厚度的影响较小。

弱化胎体添加剂在小直径金刚石锯片中的应用

杨栋, 陈治强, 王晓东, 武玺旺

2019, 39(5): 108-111. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0019

摘要(308)

PDF 897KB(20)

摘要:
在Fe基金属结合剂金刚石锯片的胎体中加入弱化胎体添加剂硅铁，用万能材料试验机、摆锤冲击试验机、自动切割机等考察硅铁对胎体力学性能、锋利度、耐磨性的影响。结果表明：加入硅铁可以降低胎体的抗弯强度、韧性、耐磨性，提高胎体的锋利度和硬度，其添加质量分数以3%～5%为宜。

口腔医学中的超声加工技术

李泉洲, 王成勇, 张月, 陈志桦, 赵丹娜, 郑李娟, 陈丹莹, 曾超峰

2019, 39(5): 112-122. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0020

摘要(440)

PDF 1112KB(16)

摘要:
根据口腔医学领域中使用的不同加工材料(活体牙、颌骨、植入金属及各种类型的齿科陶瓷)，分别介绍应用超声加工技术(包括超声铣削加工、超声磨削加工、超声表面光整加工和超声切割等)的现有处理方法及其加工仪器和工具的特点，最后展望其发展趋势。

B₄C的研究现状及发展前景

赵亮, 李艳国, 邹芹, 王明智

2019, 39(5): 123-129. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2019.5.0021

摘要(342)

PDF 982KB(13)

摘要:
B₄C具有高硬度、耐磨损、高导热系数、中子吸收性能良好、化学性能稳定等优良特性，在军工、核工业、工程及其他领域广泛应用。其常用的制备方法有碳热还原法、自蔓延高温合成法、化学气相沉积法、前驱体裂解法、溶剂热法。B₄C独特的晶体结构使其粉体致密化烧结十分困难，加入添加剂可有效促进其致密化烧结进程，从而改善陶瓷性能。本文综述B₄C的制备与烧结，并展望B₄C的应用前景。