镍包覆六方氮化硼自润滑陶瓷刀具及其性能研究
发布时间：2020-12-18 14:42
本文针对传统自润滑陶瓷刀具不能兼顾减摩性能和力学性能的难题,利用金属增韧补强作用对其进行微观结构改性,研制了添加金属包覆固体润滑剂复合粉体的新型自润滑陶瓷刀具。该刀具材料以氧化铝（A1203）为基体,碳化钨钛固溶体（（W,Ti）C）为增强相,氧化镁（MgO）、氧化钇（Y203）为烧结助剂,六方氮化硼（h-BN）为润滑剂,镍（Ni）为包覆层金属。其中,润滑剂分别为微米h-BN（h-BNμ）、纳米BN（h-BNn）和h-BN纳米片（BNNS）三种尺度的h-BN。揭示了不同尺度的h-BN对刀具材料的微观结构、力学性能、摩擦磨损和切削性能的影响规律。采用以水合胼为还原剂的化学镀工艺分别制备了 Ni包覆三种尺度h-BN的复合粉体,即h-BNμ@Ni、h-BNn@Ni和BNNS@Ni。由于传统的酸基敏化液对h-BN粉体的润湿性较差,为提高敏化效果,提出并应用了醇基敏化液。为解决纳米h-BN和BNNS由于比表面积大而易引起镀液分解的问题,提出了分段恒温化学镀工艺,使得化学镀过程平缓进行。所制备的h-BN@Ni复合粉体的包覆层比较完整、均匀,由晶态纳米Ni粒子构成,与h-BN结合紧密。本研究使用自制的...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１本文的主体框架图??１１??
瓷材料领域的应用尚鲜有报道。ｈ－ＢＮ纳米片具有远??高于微米和纳米ｈ－ＢＮ的力学性能［７Ｇ］：弹性模量７００？９００?ＧＰａ，断裂强度１２０￣１６０??ＧＰａ，断裂应变０．２８？０．３３％。因此，以ｈ－ＢＮ纳米片为润滑剂制备自润滑陶瓷刀??具既可利用其润滑作用，又能对陶瓷基体进行增軔补强，有望进一步提高刀具的??力学性能和切削性能。??综上，本文选用三种尺度的ｈ－ＢＮ，即微米ｈ－ＢＮ、纳米ｈ－ＢＮ和ｈ－ＢＮ纳米片??作为润滑剂，研宄添加不同尺度的ｈ－ＢＮ对刀具的微观结构及性能的影响。图２－１??示出了本文应用的三种尺度ｈ－ＢＮ的平均尺寸对比图。可以看出微米ｈ－ＢＮ的片径??为１？２?ｐｍ，片厚为５０￣８０?ｎｍ；纳米丨ｉ－ＢＮ的片径为５０？１５０?ｎｍ，片厚为３０￣５０??ｎｍ；?ｈ－ＢＮ纳米片的片径为２００？４００ｎｍ，片厚为３￣６ｎｍ。??■??／ＩＡ?＿?丨撕?ＳＨＴ？?５００ＩＩＶ?Ｓ９Ｗ＊＊ＳＣ３??ｉ?ｉ?ｚ－－＾ｈ－ＲＮ纳米?ｍ－＂＂＂＂?！?「广?—ｒ．：：??ｎ?ｉ－Ｈ－??！?；??Ｕ?－ｊ?ｉ?｜?１?Ｉ?１?Ｉ?１?Ｉ?１?Ｉ??０?４００?８００?１２００?１６００?２０００??片径／＿??图２－丨三种尺度ｈ－ＢＮ的平均尺寸对比图??２．２．５包覆层金属的选用??首先，所选包覆层金属在高温下应具有一定的强度、热导率以及热稳定性。??这类金属主要包括Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｗ等。其次，本文??采用化学镀制备金属包覆型复合粉体，因此选择包覆层金属时要分析化学镀制备??１６??
山东大学博士学位论文??（Ｃ）?ｎ??烧结???證：魯｜＾；??—??—－￣ｉ烧结??＿??图２－２不同的被包覆粉体对应的刀具材料微观结构示意图??２．３．１．２金属包覆层种类的确定??（１）纯金属包覆??如图２－３（ａ）所示，纯金属包覆是指包覆层为单一种类金属Ａ，不含其它金属??或非金属元素。这类包覆的优点是包覆层熔点相对合金包覆较高，在刀具材料烧??结过程中不会过早熔化而破坏核壳结构。不足之处是如果润滑剂和陶瓷基体的表??面能相差很大，则不易同时满足对两者的润湿性要求。??（２）合金包覆??如图２－３（ｂ）所示，合金包覆是指包覆层除了主相金属Ａ外，还包含其它金属??或非金属元素Ｂ。加入某些合金元素可以降低主相金属液相的表面张力或参与界??面反应，改善包覆层对润滑剂和陶瓷基体的润湿性。然而，合金元素与主相金属??可能生成脆性的金属间化合物，从而削弱刀具材料的性能。此外，合金包覆层的??熔点较低，进而在刀具材料烧结过程中过早熔化而破坏核壳结构。??通过对比这两种包覆层的特点，本文采用纯金属包覆层。??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]添加纳米固体润滑剂的自润滑陶瓷材料高温摩擦磨损性能研究[J]. 衣明东,许崇海,肖光春. 人工晶体学报. 2014(09)
[2]纳米CaF2对自润滑陶瓷材料力学性能的影响[J]. 衣明东,许崇海,陈照强,吴光永,肖光春. 硅酸盐学报. 2014(09)
[3]刀具-切屑接触区的应力分布建模方法研究[J]. 姜峰,言兰,徐西鹏,融亦鸣. 机械工程学报. 2014(05)
[4]机械冲击包覆工艺对SiCp/Fe复合材料组织性能的影响[J]. 庄伟彬,宗亚平,张跃波,曹新建. 东北大学学报(自然科学版). 2013(05)
[5]化学镀Ni包覆TiC复合粉体的制备及显微组织[J]. 于鹏超,易丹青,胡彬,刘会群. 中国有色金属学报. 2013(02)
[6]自润滑刀具的研究现状和发展趋势[J]. 连云崧,邓建新,吴泽,亓婷,崔海冰. 航空制造技术. 2011(14)
[7]水热氢还原法制备镍包覆六方氮化硼复合粉末[J]. 赵杰荣,周健松,郭纯,俞友军,周惠娣,陈建民. 中国粉体技术. 2010(06)
[8]液相沉淀-热还原纳米Fe包覆Mo粉末微结构特征[J]. 银锐明,范景莲,刘勋,张曙光. 中国有色金属学报. 2010(01)
[9]石墨粉表面化学置换镀铜研究[J]. 田建华,陈建,李春林. 表面技术. 2009(06)
[10]超细粉体材料表面包覆技术的研究现状[J]. 李启厚,吴希桃,黄亚军,刘志宏,刘智勇. 粉末冶金材料科学与工程. 2009(01)
博士论文
[1]核—壳包覆自润滑陶瓷刀具研制及其切削性能研究[D]. 陈照强.山东大学 2016
[2]纳米固体润滑剂与梯度设计协同改性陶瓷刀具的研究[D]. 衣明东.山东大学 2014
[3]原位反应自润滑陶瓷刀具的设计开发及其减摩机理研究[D]. 李彬.山东大学 2010
[4]Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料的研制及切削性能研究[D]. 周咏辉.山东大学 2009
[5]铜基石墨自润滑材料及其摩擦学研究[D]. 尹延国.合肥工业大学 2006
[6]自润滑陶瓷刀具的设计开发及其自润滑机理研究[D]. 曹同坤.山东大学 2005
硕士论文
[1]包覆型纳米氟化钙与氧化锆晶须改性自润滑陶瓷刀具的研制[D]. 郭润鑫.齐鲁工业大学 2018
[2]Al2O3-TiN-CaF2自润滑陶瓷刀具切削试验研究[D]. 石鹏辉.齐鲁工业大学 2016
[3]Al2O3-TiB2-CaF2纳米改性自润滑陶瓷刀具的切削试验及磨损机理研究[D]. 贾孝伟.齐鲁工业大学 2016
[4]Al2O3-TiN-CaF2纳米复合自润滑陶瓷刀具材料的制备及其性能研究[D]. 李福盟.齐鲁工业大学 2015
[5]纳米CaF2改性自润滑陶瓷刀具材料的制备及性能研究[D]. 黄海霞.齐鲁工业大学 2015
[6]Al2O3/TiB2/CaF2自润滑陶瓷刀具的研究[D]. 周文.湘潭大学 2014
[7]纳微米复合梯度自润滑陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D]. 徐秀国.齐鲁工业大学 2013
本文编号：2924174
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１本文的主体框架图??１１??
瓷材料领域的应用尚鲜有报道。ｈ－ＢＮ纳米片具有远??高于微米和纳米ｈ－ＢＮ的力学性能［７Ｇ］：弹性模量７００？９００?ＧＰａ，断裂强度１２０￣１６０??ＧＰａ，断裂应变０．２８？０．３３％。因此，以ｈ－ＢＮ纳米片为润滑剂制备自润滑陶瓷刀??具既可利用其润滑作用，又能对陶瓷基体进行增軔补强，有望进一步提高刀具的??力学性能和切削性能。??综上，本文选用三种尺度的ｈ－ＢＮ，即微米ｈ－ＢＮ、纳米ｈ－ＢＮ和ｈ－ＢＮ纳米片??作为润滑剂，研宄添加不同尺度的ｈ－ＢＮ对刀具的微观结构及性能的影响。图２－１??示出了本文应用的三种尺度ｈ－ＢＮ的平均尺寸对比图。可以看出微米ｈ－ＢＮ的片径??为１？２?ｐｍ，片厚为５０￣８０?ｎｍ；纳米丨ｉ－ＢＮ的片径为５０？１５０?ｎｍ，片厚为３０￣５０??ｎｍ；?ｈ－ＢＮ纳米片的片径为２００？４００ｎｍ，片厚为３￣６ｎｍ。??■??／ＩＡ?＿?丨撕?ＳＨＴ？?５００ＩＩＶ?Ｓ９Ｗ＊＊ＳＣ３??ｉ?ｉ?ｚ－－＾ｈ－ＲＮ纳米?ｍ－＂＂＂＂?！?「广?—ｒ．：：??ｎ?ｉ－Ｈ－??！?；??Ｕ?－ｊ?ｉ?｜?１?Ｉ?１?Ｉ?１?Ｉ?１?Ｉ??０?４００?８００?１２００?１６００?２０００??片径／＿??图２－丨三种尺度ｈ－ＢＮ的平均尺寸对比图??２．２．５包覆层金属的选用??首先，所选包覆层金属在高温下应具有一定的强度、热导率以及热稳定性。??这类金属主要包括Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｗ等。其次，本文??采用化学镀制备金属包覆型复合粉体，因此选择包覆层金属时要分析化学镀制备??１６??
山东大学博士学位论文??（Ｃ）?ｎ??烧结???證：魯｜＾；??—??—－￣ｉ烧结??＿??图２－２不同的被包覆粉体对应的刀具材料微观结构示意图??２．３．１．２金属包覆层种类的确定??（１）纯金属包覆??如图２－３（ａ）所示，纯金属包覆是指包覆层为单一种类金属Ａ，不含其它金属??或非金属元素。这类包覆的优点是包覆层熔点相对合金包覆较高，在刀具材料烧??结过程中不会过早熔化而破坏核壳结构。不足之处是如果润滑剂和陶瓷基体的表??面能相差很大，则不易同时满足对两者的润湿性要求。??（２）合金包覆??如图２－３（ｂ）所示，合金包覆是指包覆层除了主相金属Ａ外，还包含其它金属??或非金属元素Ｂ。加入某些合金元素可以降低主相金属液相的表面张力或参与界??面反应，改善包覆层对润滑剂和陶瓷基体的润湿性。然而，合金元素与主相金属??可能生成脆性的金属间化合物，从而削弱刀具材料的性能。此外，合金包覆层的??熔点较低，进而在刀具材料烧结过程中过早熔化而破坏核壳结构。??通过对比这两种包覆层的特点，本文采用纯金属包覆层。??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]添加纳米固体润滑剂的自润滑陶瓷材料高温摩擦磨损性能研究[J]. 衣明东,许崇海,肖光春. 人工晶体学报. 2014(09)
[2]纳米CaF2对自润滑陶瓷材料力学性能的影响[J]. 衣明东,许崇海,陈照强,吴光永,肖光春. 硅酸盐学报. 2014(09)
[3]刀具-切屑接触区的应力分布建模方法研究[J]. 姜峰,言兰,徐西鹏,融亦鸣. 机械工程学报. 2014(05)
[4]机械冲击包覆工艺对SiCp/Fe复合材料组织性能的影响[J]. 庄伟彬,宗亚平,张跃波,曹新建. 东北大学学报(自然科学版). 2013(05)
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[6]自润滑刀具的研究现状和发展趋势[J]. 连云崧,邓建新,吴泽,亓婷,崔海冰. 航空制造技术. 2011(14)
[7]水热氢还原法制备镍包覆六方氮化硼复合粉末[J]. 赵杰荣,周健松,郭纯,俞友军,周惠娣,陈建民. 中国粉体技术. 2010(06)
[8]液相沉淀-热还原纳米Fe包覆Mo粉末微结构特征[J]. 银锐明,范景莲,刘勋,张曙光. 中国有色金属学报. 2010(01)
[9]石墨粉表面化学置换镀铜研究[J]. 田建华,陈建,李春林. 表面技术. 2009(06)
[10]超细粉体材料表面包覆技术的研究现状[J]. 李启厚,吴希桃,黄亚军,刘志宏,刘智勇. 粉末冶金材料科学与工程. 2009(01)
博士论文
[1]核—壳包覆自润滑陶瓷刀具研制及其切削性能研究[D]. 陈照强.山东大学 2016
[2]纳米固体润滑剂与梯度设计协同改性陶瓷刀具的研究[D]. 衣明东.山东大学 2014
[3]原位反应自润滑陶瓷刀具的设计开发及其减摩机理研究[D]. 李彬.山东大学 2010
[4]Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料的研制及切削性能研究[D]. 周咏辉.山东大学 2009
[5]铜基石墨自润滑材料及其摩擦学研究[D]. 尹延国.合肥工业大学 2006
[6]自润滑陶瓷刀具的设计开发及其自润滑机理研究[D]. 曹同坤.山东大学 2005
硕士论文
[1]包覆型纳米氟化钙与氧化锆晶须改性自润滑陶瓷刀具的研制[D]. 郭润鑫.齐鲁工业大学 2018
[2]Al2O3-TiN-CaF2自润滑陶瓷刀具切削试验研究[D]. 石鹏辉.齐鲁工业大学 2016
[3]Al2O3-TiB2-CaF2纳米改性自润滑陶瓷刀具的切削试验及磨损机理研究[D]. 贾孝伟.齐鲁工业大学 2016
[4]Al2O3-TiN-CaF2纳米复合自润滑陶瓷刀具材料的制备及其性能研究[D]. 李福盟.齐鲁工业大学 2015
[5]纳米CaF2改性自润滑陶瓷刀具材料的制备及性能研究[D]. 黄海霞.齐鲁工业大学 2015
[6]Al2O3/TiB2/CaF2自润滑陶瓷刀具的研究[D]. 周文.湘潭大学 2014
[7]纳微米复合梯度自润滑陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D]. 徐秀国.齐鲁工业大学 2013
本文编号：2924174
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