界面微纳碳材料对聚晶金刚石摩擦磨损性能影响
发布时间：2021-09-06 21:19
聚晶金刚石是一种广泛应用的超硬钻具材料,以其低摩擦系数、耐磨损、超高硬度、良好韧性等优异性能,在如超深部、外太空等非常规能源勘探领域中具有广阔的应用前景。在实际工程应用中,聚晶金刚石工具需面临各种恶劣工况环境,不可避免的会产生剧烈摩擦磨损,甚至引发工件的失效。根据文献调研可知,湿度、气氛和真空环境因素对聚晶金刚石的摩擦磨损具有较大的影响。本文通过调控聚晶金刚石材料不同界面条件（微纳米碳材料、湿度、交变氛围、真空度）,探究聚晶金刚石与氮化硅材料的摩擦磨损机制。研究结果表明:（1）不同微纳米碳材料/相对湿度复合条件,聚晶金刚石复合片对磨氮化硅球在5%和40%相对湿度条件下时不同微纳米碳材料与空白对照组的摩擦系数区别很小,摩擦系数分别稳定在约0.05和0.11;10%30%相对湿度时在界面间添加洋葱碳后摩擦系数分别约为0.043、0.058和0.085,摩擦系数降低幅度最大,可降低至未添加洋葱碳时二分之一。各湿度下不同微纳米碳材料均可起到降低聚晶金刚石磨损率的作用。在界面间添加洋葱碳后为对磨副提供了大量碳源,在对磨界面形成较厚的碳质转移膜的同时,洋葱碳颗粒也在界面间起到...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金刚石的晶胞空间结构和原子排布（冯士光，2005）
如图1-2 为聚晶金刚石复合片的加工工艺流程图。该材料具有金刚石的耐磨性和强度以及硬质合金基体材料的韧性和可焊接性，是一种优良的切削工具与耐磨材料，广泛地应用于机械加工工具、石油与地质钻头、砂轮修整工具等领域（陈石林，2004）。PDC 自 20 世纪 70 年代初研制成功以来, 国内外学者对其进行了广泛、深入的研究。随着 PDC 材料的研究发展，其应用范围已经迅速扩展，在采矿勘探、机械加工、航空航天、光电科学等多个领域得到了广泛使用。图 1-2 聚晶金刚石复合片的加工流程Fig. 1-2 Processing process of polycrystalline diamond compact1.3 微纳米碳材料的宏观摩擦性能随着机械加工、航空航天、地质钻探等行业的发展与科学技术的进步，机械零件也常常应用在各种复杂严苛的工况中，承担着越来越重要的任务。然而在机械的工作过程中，会不可避免的发生摩擦。如果不加以保护，会导致机器零件的磨损，出现振动噪声，增大材料的消耗，影响机器的精度和使用寿命，甚至直接导致机器损坏。通过在摩擦界面间添加或生成微纳米碳材料是改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力减缓磨损的一种技术措施。Scharf 等人（Scharf T W，2013）提供了广泛使用的微纳米碳材料的宏观摩擦学性能，如表 1-1 所示。Ewen 等人（Ewen，2016）模拟了碳纳米材料在摩擦界面间的作用机理，包括
沉积方法 涂层厚度（μm）典型摩擦系数 磨损/摩蒸发热解0.2-5 干燥：0.5-0.6;潮湿：0.1-0.2层间剪切溅射（RF 和 DC），PECVD1-3 干燥：0.001-0.05;潮湿：0.2-0.3终端氢具惰性和激光脉冲阴极电弧离子镀0.01–1 干燥：0.7;潮湿：0.1摩擦化学原子表面MPCVDHFCVD0.5–1.5 干燥：0.05-0.13;潮湿：0.007-0.1摩擦化H+，O2-，氧CVD机械剥离0.001–0.002干燥：0.15-0.2;潮湿：0.15-0.2层间摩擦腐
【参考文献】：
期刊论文
[1]高质量类金刚石薄膜的制备与性能分析[J]. 王涛,刘磊,陈果,何小珊,张玲,何智兵,易勇,杜凯. 原子能科学技术. 2017(06)
[2]类金刚石膜研究进展[J]. 陈青云,施凯敏,苏敏华,吕会议,罗瑜,曾陈. 材料工程. 2017(03)
[3]纳米碳材料摩擦学应用的最新进展和未来展望[J]. 薛勇,杨保平,张斌,张俊彦. 材料导报. 2017(05)
[4]我国超硬材料的现状与发展[J]. 方啸虎,温简杰,崔祥仁,杨烨. 超硬材料工程. 2011(05)
[5]粘结剂钴对于聚晶金刚石复合片热稳定性的作用机制[J]. 汪冰峰,王斯琰,唐治,程丽乾. 矿冶工程. 2009(05)
[6]超硬材料揭秘[J]. 冯士光. 工具技术. 2005(05)
[7]固体润滑剂在切削加工润滑中的应用[J]. 曹同坤,邓建新. 工具技术. 2004(09)
[8]聚晶金刚石复合体的研究进展[J]. 陈石林,彭振斌,陈启武. 矿冶工程. 2004(02)
[9]粗粒金刚石的生长及热力学条件的确定[J]. 林铭西,李英华. 高压物理学报. 1994(01)
硕士论文
[1]聚晶金刚石复合片热损伤机制及其摩擦学性能研究[D]. 李建生.中国地质大学(北京) 2016
[2]聚晶金刚石复合片（PDC）显微结构与性能研究[D]. 陈晶晶.武汉理工大学 2010
本文编号：3388181
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金刚石的晶胞空间结构和原子排布（冯士光，2005）
如图1-2 为聚晶金刚石复合片的加工工艺流程图。该材料具有金刚石的耐磨性和强度以及硬质合金基体材料的韧性和可焊接性，是一种优良的切削工具与耐磨材料，广泛地应用于机械加工工具、石油与地质钻头、砂轮修整工具等领域（陈石林，2004）。PDC 自 20 世纪 70 年代初研制成功以来, 国内外学者对其进行了广泛、深入的研究。随着 PDC 材料的研究发展，其应用范围已经迅速扩展，在采矿勘探、机械加工、航空航天、光电科学等多个领域得到了广泛使用。图 1-2 聚晶金刚石复合片的加工流程Fig. 1-2 Processing process of polycrystalline diamond compact1.3 微纳米碳材料的宏观摩擦性能随着机械加工、航空航天、地质钻探等行业的发展与科学技术的进步，机械零件也常常应用在各种复杂严苛的工况中，承担着越来越重要的任务。然而在机械的工作过程中，会不可避免的发生摩擦。如果不加以保护，会导致机器零件的磨损，出现振动噪声，增大材料的消耗，影响机器的精度和使用寿命，甚至直接导致机器损坏。通过在摩擦界面间添加或生成微纳米碳材料是改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力减缓磨损的一种技术措施。Scharf 等人（Scharf T W，2013）提供了广泛使用的微纳米碳材料的宏观摩擦学性能，如表 1-1 所示。Ewen 等人（Ewen，2016）模拟了碳纳米材料在摩擦界面间的作用机理，包括
沉积方法 涂层厚度（μm）典型摩擦系数 磨损/摩蒸发热解0.2-5 干燥：0.5-0.6;潮湿：0.1-0.2层间剪切溅射（RF 和 DC），PECVD1-3 干燥：0.001-0.05;潮湿：0.2-0.3终端氢具惰性和激光脉冲阴极电弧离子镀0.01–1 干燥：0.7;潮湿：0.1摩擦化学原子表面MPCVDHFCVD0.5–1.5 干燥：0.05-0.13;潮湿：0.007-0.1摩擦化H+，O2-，氧CVD机械剥离0.001–0.002干燥：0.15-0.2;潮湿：0.15-0.2层间摩擦腐
【参考文献】：
期刊论文
[1]高质量类金刚石薄膜的制备与性能分析[J]. 王涛,刘磊,陈果,何小珊,张玲,何智兵,易勇,杜凯. 原子能科学技术. 2017(06)
[2]类金刚石膜研究进展[J]. 陈青云,施凯敏,苏敏华,吕会议,罗瑜,曾陈. 材料工程. 2017(03)
[3]纳米碳材料摩擦学应用的最新进展和未来展望[J]. 薛勇,杨保平,张斌,张俊彦. 材料导报. 2017(05)
[4]我国超硬材料的现状与发展[J]. 方啸虎,温简杰,崔祥仁,杨烨. 超硬材料工程. 2011(05)
[5]粘结剂钴对于聚晶金刚石复合片热稳定性的作用机制[J]. 汪冰峰,王斯琰,唐治,程丽乾. 矿冶工程. 2009(05)
[6]超硬材料揭秘[J]. 冯士光. 工具技术. 2005(05)
[7]固体润滑剂在切削加工润滑中的应用[J]. 曹同坤,邓建新. 工具技术. 2004(09)
[8]聚晶金刚石复合体的研究进展[J]. 陈石林,彭振斌,陈启武. 矿冶工程. 2004(02)
[9]粗粒金刚石的生长及热力学条件的确定[J]. 林铭西,李英华. 高压物理学报. 1994(01)
硕士论文
[1]聚晶金刚石复合片热损伤机制及其摩擦学性能研究[D]. 李建生.中国地质大学(北京) 2016
[2]聚晶金刚石复合片（PDC）显微结构与性能研究[D]. 陈晶晶.武汉理工大学 2010
本文编号：3388181
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