湿度环境下热损伤聚晶金刚石摩擦磨损性能及机理研究

发布时间：2018-01-16 00:26

  本文关键词：湿度环境下热损伤聚晶金刚石摩擦磨损性能及机理研究　出处：《中国地质大学(北京)》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：聚晶金刚石具有超高的硬度、良好的冲击韧性和优异的耐磨性,被广泛地应用于地质钻具和切削刀具。在钻探破岩与切削过程中,聚晶金刚石钻具服役于水、钻井液、钻井泥浆组成的复杂边界润滑环境,且地层温度和微凸体局部闪温对其产生综合热效应。湿、热复合的工况条件所导致的聚晶金刚石组织、结构方面的改变和界面物理化学反应影响其摩擦学性能及磨损机制。本文对聚晶金刚石进行700℃退火热处理,样品表面发生石墨化和氧化,且出现大量微剥落坑。选用CSM摩擦磨损试验机测试700℃热处理聚晶金刚石/Si_3N_4在5%-99.9%相对湿度环境下的摩擦磨损性能,并分析样品的磨损形貌。结合SEM、EDS、Raman和XPS分析测试与各湿度环境下配副在不同对磨阶段的磨损探究实验,研究700℃热处理聚晶金刚石/Si_3N_4在不同湿度环境下摩擦磨损行为的主导机制,结果表明:(1)700℃热处理聚晶金刚石/Si_3N_4的平均摩擦系数随相对湿度增加逐渐增大。700℃热处理聚晶金刚石的磨损率随相对湿度增加逐渐减小,在70%-99.9%相对湿度环境下样品的磨损率均较低,几乎实现零磨损。Si_3N_4球的磨损率随相对湿度增加先减小后增大,在30%相对湿度环境时出现最低磨损率。(2)低相对湿度环境下,700℃热处理聚晶金刚石的磨损界面发生了严重的石墨化,表面易剥落的微金刚石颗粒在对磨过程中层层涂覆于Si_3N_4球磨损界面,形成具有减摩作用的碳质转移膜,导致700℃热处理聚晶金刚石/Si_3N_4配副的低摩擦与700℃热处理聚晶金刚石磨损严重。(3)700℃热处理聚晶金刚石较原始样品更易在Si_3N_4配副表面形成碳质转移膜,且该转移膜在跑和阶段开始出现,形成于整个摩擦过程。(4)高相对湿度环境下,Si_3N_4球对磨界面在水分子的作用下发生氧化水解生成硅胶,涂覆填充于700℃热处理聚晶金刚石表面的微剥落坑,导致其表面粗糙度显著降低,对样品表面具有保护作用。700℃热处理聚晶金刚石表面剥落的微金刚石颗粒在对磨过程中嵌入对磨球磨损界面,阻碍磨斑表面形成完整的硅胶覆盖层,摩擦化学反应主导Si_3N_4的磨损行为。
[Abstract]:Polycrystalline diamond is widely used in geological drilling tools and cutting tools because of its super hardness, good impact toughness and excellent wear resistance. In the process of drilling rock breaking and cutting, polycrystalline diamond drilling tools serve in water. The complex boundary lubrication environment composed of drilling fluid and drilling mud, and the formation temperature and the local flash temperature of the micro-convex body have a comprehensive thermal effect on the structure of polycrystalline diamond under the conditions of wet and thermal compounding. The tribological properties and wear mechanism of polycrystalline diamond were affected by structural changes and interface physical chemical reactions. In this paper, the surface of polycrystalline diamond was annealed at 700 鈩，

本文编号：1430758