金刚石与磨料磨具工程

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王海阔, 张相法, 位星, 王永凯, 任瑛, 赵海军, 卢灿华, 刘乾坤

2018, 38(1): 1-6. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0001

摘要(329)

PDF 2082KB(12)

摘要:
在不同热力学条件下，以不同碳源为初始材料，采用直接转化法合成不同晶粒尺寸、不同颜色的纯相多晶金刚石块体（φ6 mm×6 mm），并用X射线衍射、Raman光谱及扫描电镜等方法检测验证。采用维氏压痕法测得纳米结构的黄色透明样品硬度为130~270 GPa（加载3 N）。对黄色透明样品进行砂轮对磨实验，其磨耗比达1.658×10⁶，约为现在市场上主流钴基石油用金刚石复合片的25倍。差热分析表明：黄色透明样品的热稳定性与克拉级单晶金刚石基本持平；以纳米结构多晶金刚石与金刚石大单晶对磨，测定其磨耗比为2.5，表现出比金刚石大单晶更优越的耐磨性。

纳米金刚石聚晶的合成与性能综述

唐虎, 王明智, 康宁, 贾光, 焦晓晨, 缑慧阳

2018, 38(1): 7-15,27. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0002

摘要(740)

PDF 4559KB(57)

摘要:
传统多晶金刚石聚晶（polycrystalline diamond，PCD）已在机械加工和矿物勘探等领域广泛应用，但其所使用的结合剂或烧结助剂严重弱化PCD性能，限制其应用。新型无黏结剂纳米金刚石聚晶（nano-polycrystalline diamond，NPD）具有细小的晶粒尺寸和高强度的金刚石晶粒界面，其性能已全面超越传统的PCD和金刚石单晶，在硬质材料高精加工等领域有巨大的优势和广阔的前景。本文概述NPD的合成和性能，并介绍使用不同的碳前驱物在高温高压下制备NPD的方法和技术，其中重点介绍石墨和碳纳米葱（carbon onions）在高温高压下直接转变成NPD的技术，为进一步研究及应用提供参考。

直流电弧等离子体喷射法制备金刚石自支撑膜研究新进展

李成明, 陈良贤, 刘金龙, 魏俊俊, 黑立富, 吕反修

2018, 38(1): 16-27. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0003

摘要(407)

PDF 3132KB(24)

摘要:
文章综述了以直流电弧等离子体喷射法制备自支撑金刚石膜的研究新进展，对电弧特性、金刚石晶体质量、力学性能、光学性能及热学性能进行了介绍。研究表明：不同电弧区域的金刚石膜结晶质量及应力状态有所差异，钛过渡层可以降低金刚石的残余应力；采用四点弯曲测得金刚石的断裂韧性为10.99 MPa·m^1/2；一定温度范围内，金刚石吸收系数与温度的关系基本不受金刚石质量和厚度的影响；金刚石的光学性能越好，其热导率越高，且金刚石形核面热导率略高于生长面，500 K以上时多晶金刚石膜的热导率近似于单晶水平。

孕镶金刚石硬质合金基底上沉积金刚石涂层工艺研究

简小刚, 黄卓

2018, 38(1): 28-31. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0004

摘要(312)

PDF 2602KB(9)

摘要:
为提高金刚石涂层和基底的结合力，采用化学气相沉积方法在普通硬质合金和孕镶金刚石硬质合金基底上分别沉积金刚石涂层，并通过扫描电镜、拉曼光谱和压痕分析对比研究其结合性能。结果表明：在孕镶金刚石硬质合金基底上可以实现金刚石的同质与异质外延生长；在孕镶金刚石硬质合金基底上沉积的金刚石形核率高，晶形大小均匀，涂层表面平整；孕镶金刚石基底金刚石涂层的结合力优于硬质合金基底金刚石涂层膜基界面的结合力。在孕镶金刚石硬质合金基底上沉积金刚石膜可扩大金刚石涂层的应用范围。

Cu-Sn-Ti钎料的改性设计及性能分析

高先哲, 肖冰, 管海军, 肖博

2018, 38(1): 32-36,40. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0005

摘要(427)

PDF 2752KB(25)

摘要:
钎料对钎焊金刚石工具的界面结合强度起决定作用。在Cu-Sn-Ti预合金钎料中添加Fe、Al、Si粉末制作预混合钎料，利用兼有上下界的极端顶点混料设计方法，确定17种钎料配比方案，并制作剪切样件和钎焊金刚石样件，通过剪切实验评价钎料的力学性能，使用SEM、EDS和Raman对基体界面、金刚石形貌和金刚石界面进行分析。试验结果表明：Cu-Sn-Ti的质量分数低于95%时，预混合钎料剪切强度明显降低，每种添加元素的质量分数应控制在2%以下；Cu-Sn-Ti钎料中，添加Fe、Al、Si的质量分数均为1.7%的预混合钎料熔点适宜、流淌性适中，磨粒出刃性好，对金刚石无损伤，且在金刚石界面有树枝状致密TiC生成，具有较好的综合性能。

微波-熔盐热处理在CBN表面形成TiN类石墨烯晶体

梁宝岩, 韩丹辉, 张旺玺, 王艳芝, 杨黎, 张宗超

2018, 38(1): 37-40. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0006

摘要(316)

PDF 1127KB(6)

摘要:
用Ti和CBN粉体，通过微波-熔盐处理法在CBN表面反应生成氮化物材料，利用XRD、SEM和EDS对涂层的化学组成、相组成和微观结构进行分析和表征。结果表明：经过熔盐处理，在CBN表面形成TiN、Ti₂N、TiN_0.3和TiB₂组织。粗粒度的CBN表面形成的涂层厚度约2.8 μm，涂层表面有许多微小孔洞；当CBN较细时，CBN表面形成纳米花蕾状组织，花蕾状涂层组织由许多氮化钛纳米棒和片状组织构成。此外，CBN颗粒间还存在许多TiN类石墨烯晶体组织，厚度约40~90 nm。

微波无压烧结Fe-Cu-WC基金属结合剂

叶小磊, 郭胜惠, 高冀芸, 杨黎, 王梁, 侯明, 郭雨

2018, 38(1): 41-44,54. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0007

摘要(374)

PDF 1352KB(10)

摘要:
分别采用常规无压烧结和微波无压烧结法，以Fe、Cu、Sn等金属粉以及WC粉作为原料制备金属烧结体，研究不同烧结工艺对金属烧结体的微观组织形貌、致密度和抗弯强度的影响。结果表明：对比常规无压烧结，微波无压烧结可提高金属烧结体的致密度及力学性能；当烧结温度为900℃时，致密度和抗弯强度均达到最大，分别为90.6%、93.9%和753 MPa、816 MPa；通过样品微观形貌分析，微波无压烧结可以使烧结体元素分布更均匀，降低烧结体的孔隙率。在达到同等级力学性能的前提下，微波无压烧结可以降低烧结温度，避免高温损伤金刚石强度。

钎焊工艺对75Ni8排锯钢基体性能影响的研究

于学宗, 龙伟民, 高雅

2018, 38(1): 45-49. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0008

摘要(245)

PDF 1838KB(6)

摘要:
探究钎焊工艺对75Ni8排锯钢钎焊后力学性能和显微组织的影响。实验共选用7种钎料进行感应钎焊，借助力学试验机、冲击试验机、维氏硬度计、金相显微镜等进行力学性能和显微组织分析。结果表明：三明治HL861钎焊接头的剪切强度最高，为164.87 MPa；CT737冲击韧性最高，为50.08 J/cm²；距离钎缝近的母材区域维氏硬度下降较快，最低为1 176 MPa，原始母材的维氏硬度为4 468.91 MPa；金相观察发现：距离钎缝近的区域母材组织粗大，而原始母材组织细小均匀。75Ni8排锯钢钎焊后的组织和性能受温度影响较大，当加热时间变长，回火温度超过600℃时，组织转变为回火屈氏体。

3D打印金属基金刚石复合材料的试验研究

杨展, 谭松成, 杨凯华

2018, 38(1): 50-54. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0009

摘要(369)

PDF 1611KB(28)

摘要:
传统方法制造金属基金刚石复合材料工具时，存在胎体对金刚石包镶强度不够、金刚石有效出刃高度小和难以制造具有特殊复杂结构的金刚石工具等问题，而3D打印技术为金属基金刚石复合材料的设计与制造提供了新的发展契机。本研究从金属材料、激光选区熔化（selective laser melting，SLM）成型工艺参数和金刚石参数3方面进行优选，开展SLM成型金属基复合材料的可行性试验，并进一步开展金属基金刚石复合材料的SLM成型试验。结果表明：采用SLM成型技术可提高金属基金刚石复合材料的性能。但同时，新技术的应用也还存在一些不足之处，需要针对性的深入研究。

钎焊镀钛金刚石钻头的研制及其钻进性能分析

管海军, 肖冰, 高先哲, 肖博, 刘思幸

2018, 38(1): 55-58,64. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0010

摘要(300)

PDF 1746KB(18)

摘要:
分别使用Ni-Cr和Cu-Sn-Ti等2种合金钎料真空钎焊制作镀钛和无镀层金刚石钻头，通过钻进玻化砖试验，研究了4类钻头的钻进性能。试验结果表明：Ni-Cr钎料钎焊制作的镀钛金刚石钻头与无镀层金刚石钻头比较，钻头平均寿命下降了41.7%；Cu-Sn-Ti钎料钎焊制作的镀钛与无镀层金刚石钻头比较，钻头平均寿命相当，但镀钛金刚石钻头的钻孔效率更高，并对其机理进行了分析。

熔石英磨削砂轮截面轮廓分析与优化

周炼, 谢瑞清, 陈贤华, 刘民才, 王健

2018, 38(1): 59-64. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0011

摘要(353)

PDF 1836KB(11)

摘要:
为提高熔石英光学元件磨削加工质量，降低亚表面缺陷层深度，通过实验和理论分析发现，具有平直截面轮廓的平行金刚石砂轮，在加工熔石英光学元件时砂轮边缘位置处会产生加工应力集中，该应力集中直接导致了元件表面产生"连续白线"状深缺陷，其深度达22 μm。为抑制砂轮边缘位置加工应力集中现象，设计了"中央平直线+两侧边缘圆弧过渡"的复合式截面轮廓，并提出了相应的修整方法。通过砂轮修整实验，验证了该方法的可行性，磨削元件"连续白线"状深缺陷得到明显改善，亚表面缺陷深度小于2.5 μm，实现熔石英元件的低缺陷磨削加工。

超硬磨具磨粒有序排布技术的原理及应用

冯创举, 崔仲鸣, 赫青山, 王星, 杨摩西

2018, 38(1): 65-72,77. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0012

摘要(549)

PDF 3301KB(44)

摘要:
磨料有序排布的超硬磨料工具是磨削工具家族的新品种，其工作表面具有按一定规律整齐排布的磨削刃，与传统磨具相比具有容屑空间大、磨削刃锋利、磨削力小和磨削温度低等优点，目前已经成功应用于高效精密磨削加工领域，并表现出良好的应用潜力。但如何实现磨粒高效率和精确的有序排布还是一个难题，因此迫切需要发展新的磨粒排布技术。文章介绍了有序排布磨料的基本理论，磨具的构造、主要制造方法以及研究发展情况，分析了排布方式对磨削性能的影响，并对其今后的发展方向进行了展望。

钇铝石榴石晶体的机械抛光工艺

孙志明, 金洙吉, 韩晓龙, 范康男, 司立坤

2018, 38(1): 73-77. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0013

摘要(314)

PDF 1486KB(14)

摘要:
钇铝石榴石（yttrium aluminum garnet，YAG）是性能优良的激光晶体，但其属于硬脆材料（莫氏硬度8.5），在抛光时易产生划痕及凹坑等缺陷。为去除YAG晶体的表面缺陷，用铜盘进行粗磨，并研究载荷和抛光盘转速对晶体平面度和表面粗糙度的影响。结果显示：铜盘可改善晶体表面缺陷，在转速70 r/min、载荷15 kPa时抛光45 min可达到最佳加工效果。再使用IC1000进一步降低晶体表面粗糙度，在抛光盘转速为9 r/min，抛光压力为15 kPa的条件下抛光30 min后，平面度PV可达100 nm，表面粗糙度RMS可达0.9 nm，在体视显微镜下观察无划痕及凹坑。

电解磁力复合加工对磁性磨粒性能的影响

康璐, 陈燕, 钱之坤, 杜兆伟, 韩冰

2018, 38(1): 78-81. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0014

摘要(341)

PDF 1790KB(5)

摘要:
利用单纯的磁力研磨工艺加工镍基高温合金等材料时，磁性磨粒失效严重，严重影响了磁力研磨工艺的研磨效果。为了解决这一技术难题，将电化学与单纯的磁力研磨加工工艺结合，通过电解加工在工件表面形成质地较软的钝化膜，再利用磁力研磨对其表面进行加工。对复合加工后的磁性磨粒进行电镜成分分析，得知铝的相对质量分数仅从27.60%降至23.48%，有效地降低了磁性磨粒中研磨相成分的损失，延缓了磁性磨粒的失效时间，提高了磁性磨粒的利用率和使用寿命，从而保证了工件的加工质量。

磁流变微结构动压平面抛光试验研究

董敏, 路家斌, 潘继生, 阎秋生

2018, 38(1): 82-88. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0015

摘要(348)

PDF 1614KB(10)

摘要:
为提高集群磁流变平面抛光效率，在抛光盘表面增加微结构，以增强加工过程中的流体动压作用。使用平面抛光盘和表面加工有孔洞、V形槽、U形槽、矩形槽等不同微结构的抛光盘进行抛光试验及抛光压力特性试验，研究了加工间隙和工件转速对加工效果的影响。结果表明：抛光盘表面微结构对工件材料去除率影响较大，不同微结构盘材料去除率从大到小顺序为V形盘>U形盘>平面盘>孔洞盘>矩形盘，其中V形盘的材料去除率比平面盘高25%以上；所有抛光盘均能获得纳米级（R_a在8 nm以内）表面。当加工间隙为0.9~1.0 mm、工件转速为550 r/min时，加工效果较好。

动态磁场集群磁流变抛光加工机理及试验研究

郭明亮, 阎秋生, 潘继生, 肖晓兰

2018, 38(1): 89-93,97. doi: 10.13394/j.cnkij.gszz.2018.1.0016

摘要(280)

PDF 2334KB(11)

摘要:
基于动态磁场集群磁流变平面抛光的加工机理以及动态磁场作用机理，对单晶硅基片进行动态磁场集群磁流变抛光试验研究。结果表明：动态磁场能使畸变的抛光垫实时自修复，磨料具有频繁的动态行为，克服了静态磁场作用下抛光垫变形难恢复且磨料堆聚的缺点，使材料去除过程稳定，抛光效果较好；在动态磁场作用下，不同抛光方式的加工效果也不同；在多工件同步抛光中，大尺寸的工具头高速自转使工件表面有更高的线速度，磨料对单晶硅表面缺陷去除作用更强。经过5 h抛光，硅片表面粗糙度R_a由0.48 μm下降到3.3 nm，获得超光滑表面。

国际磨粒技术研究进展及趋势——ISAAT 2017会议综述

2018, 38(1): 94-96.

摘要(124)

PDF 756KB(20)

摘要:

《金刚石与磨料磨具工程》杂志2017年度最具影响力论文评选

2018, 38(1): 97-97.

摘要(118)

PDF 708KB(5)

摘要: