碳纳米管增韧氮化硅基陶瓷刀具材料的研制及其切削性能研究

发布时间：2017-10-26 08:36

  本文关键词：碳纳米管增韧氮化硅基陶瓷刀具材料的研制及其切削性能研究

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【摘要】：陶瓷刀具具有良好的硬度、耐磨性和抗高温氧化性,适用于金属材料的高速切削和干切削。但是,固有的脆性严重限制了其使用范围。增韧补强是陶瓷刀具材料开发中需要解决的关键问题。本研究以微米碳化钛和碳纳米管为增强相,采用热压烧结法制备了氮化硅基陶瓷刀具材料,对碳纳米管的含量对氮化硅基陶瓷刀具材料力学性能和微观组织结构的影响及氮化硅基陶瓷刀具的切削性能进行了研究。研究了碳纳米管的纯化和分散工艺。碳纳米管纯化的最优工艺:将碳纳米管浸泡在浓硝酸的稀释液中,进行30min的超声振荡,静置24h;进行3h的超声振荡;静置24h;再进行3h的超声振荡,静置2h。采用真空抽滤机进行抽滤,使用蒸馏水不断清洗直至PH值为7。最后,置于真空干燥箱中进行烘干。碳纳米管分散的最优工艺为分散剂的添加量和碳纳米管的质量比为1:1,超声振荡30min。研究了碳纳米管的含量对氮化硅基陶瓷刀具材料力学性能和微观组织结构的影响。当碳纳米管的含量为1wt%时,氮化硅基陶瓷刀具材料的综合力学性能最佳,其硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为14.5GPa、850MPa和8.8MPa·m1/2,与未添加碳纳米管的陶瓷刀具材料相比,研制的新型氮化硅基陶瓷刀具材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别提高了9.8%、18%、10%。采用新开发的氮化硅基陶瓷刀具对灰口铸铁进行了连续切削实验,在较高的切削速度、较低的进给速度和较小的切削深度条件下,其切削性能较好,磨损机理主要为粘结磨损和磨粒磨损。磨损后的后刀面比较平滑,被加工材料的表面粗糙度在2μm~5μm之间。在相同的切削参数条件下,与纯氮化硅陶瓷刀具相比,新研制的氮化硅基陶瓷刀具的切削温度较低,切削力较小。总体来说,设计并制备的氮化硅基陶瓷刀具有效提高了刀具的切削性能。
【关键词】：碳纳米管 氮化硅基陶瓷刀具 力学性能 切削性能
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG711
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 碳纳米管概述11-13
• 1.1.1 碳纳米管的结构11-12
• 1.1.2 碳纳米管的力学性能12-13
• 1.2 陶瓷刀具研究现状13-17
• 1.2.1 氧化铝基陶瓷刀具13-14
• 1.2.2 氮化硅基陶瓷刀具14-17
• 1.3 陶瓷刀具材料的增韧补强机理17-19
• 1.4 碳纳米管/陶瓷材料的研究现状19-21
• 1.5 本课题的主要研究目的、内容和技术路线21-23
• 第2章 碳纳米管的纯化和分散23-29
• 2.1 碳纳米管的团聚体形貌23
• 2.2 碳纳米管的纯化23-24
• 2.3 碳纳米管的分散24-27
• 2.3.1 碳纳米管的分散过程24-25
• 2.3.2 碳纳米管的分散方法25-27
• 2.4 碳纳米管纯化和分散工艺27-28
• 2.5 本章小节28-29
• 第3章 氮化硅基陶瓷刀具材料的制备及其力学性能29-49
• 3.1 氮化硅基陶瓷刀具材料组分及烧结工艺的确定29-30
• 3.1.1 组分的确定29-30
• 3.1.2 烧结工艺的确定30
• 3.2 氮化硅基陶瓷刀具材料试样的制备30-32
• 3.2.1 实验原料30-31
• 3.2.2 制备工艺31-32
• 3.3 氮化硅基陶瓷刀具材料的力学性能测试方法32-35
• 3.3.1 力学性能测试32-35
• 3.3.2 微观组织结构形貌分析35
• 3.4 碳纳米管含量对氮化硅基陶瓷刀具材料的力学性能的影响35-40
• 3.4.1 氮化硅基陶瓷刀具材料的相对密度36-37
• 3.4.2 氮化硅基陶瓷刀具材料的维氏硬度37-38
• 3.4.3 氮化硅基陶瓷刀具材料的抗弯强度38-39
• 3.4.4 氮化硅基陶瓷刀具材料的断裂韧性39-40
• 3.5 不同碳纳米管含量下氮化硅基陶瓷刀具材料微观组织形貌40-42
• 3.6 碳纳米管增强氮化硅基陶瓷刀具材料的机理分析42-47
• 3.6.1 CNTs的桥联与拔出43-45
• 3.6.2 裂纹弯曲、偏转、分支45-46
• 3.6.3 微孔洞增韧46
• 3.6.4 界面韧化作用46-47
• 3.7 本章小节47-49
• 第4章 氮化硅基陶瓷刀具切削性能的研究49-67
• 4.1 引言49-50
• 4.2 实验条件50-51
• 4.3 切削参数对刀具性能的影响51-56
• 4.4 刀具的磨损机理56-57
• 4.5 切削参数对表面粗糙度的影响57-64
• 4.6 切削灰口铸铁时的切削温度64-65
• 4.7 切削灰口铸铁时的切削力及前刀面摩擦系数65-66
• 4.8 本章小结66-67
• 第5章 结论与展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 在学期间主要科研成果75
• 一、发表学术论文75
• 二、参加项目75

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1 陈国桢;谢华永;卢振伟;;陶瓷刀具在轴承加工中的应用[A];2009全国机电企业工艺年会<厦工杯>工艺征文论文集[C];2009年

2 叶毅;叶伟昌;;陶瓷刀具概述[A];中国数控机床展览会论文集[C];2004年

3 许崇海;艾兴;黄传真;;陶瓷刀具切削加工中的裂纹现象[A];面向21世纪的生产工程——2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议暨企业生产工程与产品创新专题研讨会论文集[C];2001年

4 彭志坚;李文治;苗赫濯;石峰;;MEVVA源离子注入陶瓷刀具表面改性研究[A];2004全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2004年

5 ;纳米氮化钛陶瓷刀具研制成功[A];庆祝中国硅酸盐学会成立六十周年专辑[C];2005年

6 李永洪;徐炜;王晓华;张波;潘敏元;;陶瓷刀具材料增强增韧机制的TEM研究[A];第七次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1993年

7 苗赫濯;彭志坚;吴冰;杨思泽;刘赤子;齐龙浩;;高能量密度脉冲等离子枪在陶瓷刀具上沉积高硬耐磨涂层研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

8 石增敏;郑勇;游敏;丰平;刘文俊;;氮化处理金属陶瓷刀具的磨损形态和机理[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（10）[C];2007年

9 韩成良;赵娣芳;丁明;;TiN纳米颗粒增强(Ti,W,Mo)C@TiC-Ni金属陶瓷刀具的制备[A];安徽省机械工程学会成立50周年论文集[C];2014年

10 许崇海;张荣波;冯曰美;肖光春;;Al_2O_3-Ti(C，，N)-SiC新型陶瓷刀具材料加工工具钢和铸铁时的磨损特性[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年

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3 何达;新型纳米材料金属陶瓷刀具[N];中国有色金属报;2001年

4 刘志国;新型特种陶瓷刀具材料发展展望[N];广东建设报;2007年

5 阮霞;纳米材料制成金属陶瓷刀具[N];中华建筑报;2004年

6 陶达;合工大用纳米材料制成金属陶瓷刀具[N];中国有色金属报;2004年

7 通讯员 霍效忠 王晓芒 记者 王春;金属陶瓷刀具研究有重大创新[N];科技日报;2000年

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