Ag-Cu-Sn-Cr真空钎焊金刚石/铜合金接头微观组织与剪切强度

采用Ag-Cu-Sn-Cr活性钎料,将金刚石膜片与铜合金进行了钎焊连接。研究分析了钎焊温度对连接接头微观组织及接头力学性能的影响。结果表明,钎料与金刚石的界面结合良好,钎料中的Cr与金刚石发生反应并在界面处形成Cr_(3)C_(2)碳化物。钎缝中心主要由Cu基固溶体、Ag基固溶体、Cu_(3)Sn金属间化合物和Cr组成。当钎焊温度在780~840℃范围时,随着温度的提高,界面反应层逐渐增厚,钎焊接头剪切强度先升高后降低。在最佳的钎焊温度820℃和保温时间15 min下,接头剪切强度达到最高值147 MPa。通过优化钎焊温度,成功实现了金刚石膜片与铜合金的可靠连接。该方法可为实际工业生产中硬脆材料与金属的连接提供新的思路与技术途径。

CuTi对Ti-6Al-4V钛合金表面金刚石/AlSi复合钎涂层组织与耐磨性能的影响

钎涂为提高部件表面耐磨性能提供新的技术方案。AlSi钎料可用于钛合金钎焊,但采用AlSi钎料在Ti-6Al-4V钛合金表面钎焊金刚石颗粒难以实现牢固连接,本工作通过在AlSi钎料中添加CuTi合金粉,制备了AlSi复合钎料,并通过感应钎焊在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了金刚石复合钎涂层。研究结果表明,溶解在AlSi合金中的CuTi颗粒增加了钎料,改变了金刚石颗粒在钎涂层中的分布。钎涂层合金基体主要由α-Al、共晶硅、CuAl 2和Ti(Al_(1-x)Si_(x))3组成;随着CuTi合金含量的增加,复合钎涂层中的Ti(Al_(1-x)Si_(x))_(3)形态由板条状向胞状转变。当CuTi含量为10%(质量分数)时,金刚石复合钎涂层的耐磨性能最佳,这是由于Ti含量的增加提升了钎料与金刚石颗粒的结合强度,同时,原位反应生成的CuAl_(2)、TiAl_(3)硬质颗粒均匀分布于钎涂层中,从而有效提高AlSi合金基体的显微硬度。

镍磷合金微沟槽金刚石切削泊松毛刺形成机理

为了探究镍磷合金超精密切削过程中泊松毛刺的形成原因及规律,并且寻求泊松毛刺尺寸更精准的表征方式,本文通过对镍磷合金泊松毛刺的形成机理进行理论分析,建立其正交切削过程中的泊松毛刺高度和宽度预测模型,并通过实验分析切削参数对泊松毛刺高度和宽度的影响,通过实验观察可知,切削深度对毛刺尺寸影响显著,切削深度由3μm增加至9μm时,毛刺高度增加了0.0998μm,毛刺宽度增加了1.06μm,而切削速度对毛刺高度及宽度的影响很小。且通过对比实验得到的毛刺数据和预测数据可知,毛刺高度和宽度预测模型的平均相对误差值分别为5.43%和8.17%,验证了预测模型的准确性。同时目前的泊松毛刺高度和宽度表征方法具有一定的误差,因此本文提出了利用积分法计算泊松毛刺体积的方法,并基于体积法建立了更准确的泊松毛刺尺寸表征方法,通过计算得到体积的预测模型平均相对误差值为4.81%,可知泊松毛刺体积的预测模型准确度相对更高。研究结果为镍磷合金正交切削过程中合理选择切削参数和泊松毛刺尺寸评估方法提供了理论指导。

用于金刚石摩擦化学抛光的Ni-W合金盘制备

为探究镀液成分、工艺条件等因素对Ni-W合金镀层的影响,制备出低内应力、高硬度的Ni-W合金盘,用于金刚石的摩擦化学抛光。采用单一性实验分别探究络合剂浓度、溶液pH、糖精钠浓度对镀层内应力、钨含量、硬度以及沉积速率的影响,并探究不同添加剂对镀层表面整平的效果。最终选用水杨醛为整平剂,并采用反向脉冲电流降低了镀层表面粗糙度,制备出硬度达HV 713,镀层厚度约为0.66 mm的Ni-W合金盘。使用合金盘对金刚石进行摩擦化学抛光,并探究合适的抛光工艺参数。在合金盘转速为8000 r/min,压力为40 N时,金刚石的抛光效果较好,其材料去除率为5.56μm/min,磨削比达0.394,金刚石表面粗糙度Sa为3.7 nm。使用传统铸铁盘对金刚石进行摩擦化学抛光,通过对比磨损参数发现,Ni-W合金盘能够达到更好的抛光效果。

硬质合金基体表面金刚石涂层韧性与热稳定性研究进展

硬质合金因具有较高硬度、强度与韧性等综合优势而成为重要的切削工具材料,通过在硬质合金表面进行涂层可以延长使用寿命。金刚石涂层由于具有极高硬度、耐磨性、高热导率和低热膨胀系数,成为加工碳纤维复合材料、石墨和陶瓷等材料的首选。然而,低韧性是限制硬质合金基体表面金刚石涂层进一步应用的主要缺点。同时,高热稳定性是硬质合金基体表面金刚石涂层在高速高温切削条件下稳定服役的关键。本文基于硬质合金基体表面金刚石涂层的结构与成分设计的研究现状,重点综述了多层及梯度金刚石涂层设计对其韧性及相关性能的影响及机理,就提升金刚石涂层热稳定性的策略与增强机理进行分析。综述了金刚石涂层制备工艺,并对准确评价金刚石涂层断裂韧性及热稳定性的实验方法进行总结,旨在寻找“硬而韧”且具有高热稳定性的硬质合金基体表面金刚石涂层设计方法,以有效提升切削工具使用性能。

等离子体渗硼对硬质合金表面金刚石涂层的影响

采用热丝化学气相沉积法在等离子体渗硼预处理后的硬质合金表面沉积金刚石涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪及洛氏硬度计探究预处理过程对金刚石涂层生长质量和结合性能的影响。结果表明:随等离子体渗硼温度升高,基体表面生成的CoWB含量增加,且WC脱碳还原为W。等离子体轰击使基体表面缺陷密度增大,能提高金刚石的形核速率,CoWB钝化层和W过渡层可抑制Co原子扩散,提高金刚石的生长质量。相较于酸碱两步法处理,经过等离子体渗硼处理的硬质合金表面金刚石涂层中石墨相含量明显减少,残余应力随等离子体渗硼温度升高而降低。石墨相含量的减少和残余应力的降低提高了金刚石涂层与硬质合金基体之间的结合性能,1000℃预处理的硬质合金表面金刚石涂层的结合力等级可达HF1水平。

不同造孔剂树脂金刚石砂轮对硬质合金球阀的精密研磨

为改善硬质合金球阀的加工效果,在树脂金刚石砂轮中引入造孔剂,对其力学性能、微观形貌及磨削性能进行分析,研究空心玻璃球和塑料球造孔剂对树脂金刚石砂轮性能的影响。结果表明:随着造孔剂体积分数增加,树脂砂轮的抗折强度逐渐下降,且2种造孔剂对抗折强度的影响基本一致;砂轮的硬度随造孔剂体积分数的增加亦逐渐下降,但空心玻璃球造孔剂对砂轮硬度的影响显著大于塑料球的;加入造孔剂明显提升了砂轮的锋利性,空心玻璃球体造孔剂体积分数为15%和塑料球造孔剂体积分数为20%的砂轮综合性能最好,且后者的综合性能优于前者的。

金刚石硬质合金在航空航天领域的应用与挑战

在航空航天事业不断发展的背景下,各种新型高性能材料开始不断被使用到各个环节,由此形成完善的航空航天领域的材料供应机制。文章从这个角度入手,对于金刚石硬质合金的性能特点进行分析,研判金刚石硬质合金的组成和制备方法,分析了金刚石硬质合金在航空航天领域中的应用,分析了应用挑战,并且提出了要从研发角度、拓展应用范围角度、建立完善技术创新机制角度进行优化。

水平定向钻进坚硬地层孕镶金刚石钻头的研究与应用

针对水平定向钻进坚硬地层效率低的问题,通过利用FeCoCu预合金胎体的硬脆性以及硬质颗粒碳化硅弱化胎体的特点,提高钻头的自锐性。采用分层结构设计,将高、低耐磨性胎体层沿钻头径向方向交替排布,其中高、低耐磨性胎体层厚度分别为2.5~3.5 mm和1.0~1.5 mm,可实现高、低耐磨性胎体层同步磨损,提高钻进效率。将FeCoCu预合金胎体和分层式胎体结构相结合,研制的孕镶金刚石钻头成功应用于水平定向钻进勘察工程坚硬钾长花岗岩地层,平均机械钻速0.8~1.5 m/h,钻头使用寿命为30~40 m。与普通同心圆尖齿钻头相比,机械钻速提高约1倍,寿命提高30%以上。

Ni-Cr合金真空单层钎焊金刚石砂轮

单层高温钎焊超硬磨料砂轮具有传统电镀砂轮无法比拟的优异磨削性能 ,国内应及早研制开发应用此种砂轮。本文利用真空炉中钎焊的方法 ,用Ni Cr合金钎料 ,适当控制钎焊温度、保温时间和冷却速度 ,实现了金刚石与钢基体间的高强度连接。扫描电镜X射线能谱 ,结合金相及试样逐层的X射线结构分析 ,剖析了Ni Cr合金与金刚石和钢基体钎焊界面的微区组织结构 ;揭示了Ni Cr合金对金刚石和钢基体表面的浸润和钎焊机理。即在钎焊过程中会在金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3,在钢基体结合界面上Ni Cr合金和钢基体中的元素相互扩散形成冶金结合 ,这是实现合金层与金刚石和钢基体都有高结合强度的主要因素。最后重负荷磨削试验表明金刚石为正常磨损 ,没有整颗金刚石脱落 。

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石的表面石墨化

以Ni-Cr合金为钎料采用真空钎焊的方法制备了金刚石钎焊试样.运用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及显微激光拉曼光谱仪对钎焊金刚石表面石墨化的形貌、石墨化程度进行了综合分析.结果表明,在Ni-Cr合金钎料真空钎焊金刚石的过程中,金刚石的表面生成了石墨,其厚度约为10μm;而钎焊过程中,金刚石表面C原子结构的破坏、解体以及降温过程中C原子的析出和再结晶是导致金刚石石墨化的原因;钎焊时在金刚石表面先生成石墨后生成碳化物.

化学脱钴对硬质合金沉积金刚石薄膜的影响

采用HFCVD系统,以CH4和H2为反应气体,分别在YG3、YG6、YG10、YG13硬质合金上沉积了金刚石薄膜,研究了化学脱钴处理对不同钴含量硬质合金沉积金刚石薄膜的影响。通过对105个样品的实验结果进行统计分析发现,YG3所得金刚石薄膜样品具有足够结合强度的比例为89%;而YG6、YG10和YG13所得样品的相应值分别为24%、7%和0%。相反,YG3、YG6、YG10和YG13所得金刚石薄膜严重破坏的比例分别为0%、64%、72%和79%。研究表明,化学腐蚀脱钴处理能够解决金刚石涂层形核率低的问题,但难以解决高钴硬质合金的附着性差的问题。

预合金粉末在金刚石工具中的应用研究

本文初步分析研究了预合金粉末在金刚石工具胎体材料中的应用情况，讨论了预合金粉末作为工具胎体材料的优越性能和应用前景，分析发现，只要选择得当，预合金粉末胎体材料的性能可达到钴基胎体材料的性能水平，并且具有切割速度快，寿命长，对金刚石粘结牢固等优点，预合金粉末的应用成功必将推动金刚石工具制造技术的进一步发展。

添加石墨对Ni-Cr合金保护气氛钎焊金刚石磨粒界面组织的影响

钎焊单层金刚石工具磨粒具有高的出刃和把持力,但在高温钎焊过程中易造成金刚石较大的热损伤,利用在Ni-Cr合金中添加适量的石墨,期望能够阻止金刚石石墨化,降低金刚石焊后热应力和过度反应。采用添加质量分数为0%、1%、2%石墨的Ni-Cr合金作为钎料对金刚石进行保护气氛钎焊试验,钎焊温度1 050℃保温5 min,利用扫描电镜对焊后金刚石的形貌和焊缝组织进行分析,测试钎缝的显微硬度。结果表明,添加1%石墨的钎料对金刚石润湿性较好,添加的C元素能够与Cr元素反应后形成碳化物,其中部分Cr3C2在金刚石表面形核长大,并与金刚石有一定位向关系,Cr7C3的形貌由实心转变为空心,钎缝中形成簇状共晶石墨,显微硬度由630 HV0.2下降到580 HV0.2,有利于金刚石磨粒的后期出露和降低热应力。

金刚石制品用FeCoCu预合金粉末的制备及应用研究

采用共沉淀法制备了金刚石制品用FeCoCu预合金粉末,研究了共沉淀反应溶液的浓度、反应温度与还原温度、时间对粉末收得率与粒度的影响,并对其使用性能进行实用性研究。结果表明:采用共沉淀法可以制备出良好的预合金化粉末,随着混合金属盐溶液与沉淀剂溶液的浓度的增大,预合金粉末的粒度呈现明显的增加趋势,同时收得率也随之缓慢增加;随着温度的升高,粉末的粒度与收得率均呈增大趋势;随着还原温度的升高和还原时间的延长,粉末的含氧量逐渐降低,而粉末的粒度却逐渐增大。在850℃下烧结的预合金粉末烧结块体具有较高的弯曲强度和硬度,同时还具有较高的致密度。FeCoCu合金粉末过渡层的焊接强度完全达到并超过BS En13236—2001安全标准。与国外某公司过渡层相比,FeCoCu合金粉末过渡层具有更高的焊接强度以及更好的安全性和可靠性。

Cr、Ti金属粉改善Ag-Cu-Zn合金对金刚石的钎焊性能研究

本文通过在Ag-Cu-Zn钎料合金与金刚石之间添加Cr、Ti金属粉,改善Ag-Cu-Zn合金对金刚石的钎焊性能,并在不同的保护条件下(真空、Ar气体、无机盐覆盖、C粉覆盖)钎焊金刚石磨粒;采用扫描电镜和光学显微镜对钎焊金刚石表面形貌以及金刚石-钎料合金-钢基体之间界面的微观结构进行了观察;结果表明添加Cr粉可以在空气中对金刚石实现良好的钎焊,添加Ti粉则需要在真空中或者覆盖C粉才能保证钎焊效果较好;在金刚石与钎料合金的界面处发现Cr和Ti元素的富集,这提高了Ag-Cu-Zn合金对金刚石的润湿性。

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石界面反应的热力学与动力学分析

采用Ni-Cr合金钎料 ,适当控制钎焊工艺 ,实现了金刚石与钢基体的高强度连接。采用扫描电子显微镜 (SEM)和能谱仪 (EDS)及X射线衍射结构分析了真空加热条件下 ,Ni-Cr合金钎料与金刚石之间的界面反应 ,探讨了钎料与金刚石界面处碳化物的形成机理。结果表明 ,Ni-Cr合金钎料中的Cr和少量Si在金刚石表面富集并与金刚石中的C发生反应生成Cr7C3 、Cr3 C2 碳化物 ,其中Cr7C3 呈笋状生长 ,Cr3 C2 呈片状 ,可能有少量SiC生成。金刚石与钎料的界面形成了金刚石 \SiC \Cr3 C2 \Cr7C3 钎料的梯度材料 ,实现了Ni-Cr合金与金刚石的冶金结合。

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石的热损伤分析

钎焊金刚石工具具有高的出露和连接强度,但金刚石磨料在钎焊过程中所受的热损伤对其寿命影响较大,因此文中对钎焊金刚石的热损伤作了分析.采用Ni-Cr合金对金刚石进行钎焊试验,利用SEM,EDS对金刚石的表面形貌进行观察分析,采用拉曼光谱仪对金刚石表面进行石墨化分析及热应力分析.结果表明,经Ni-Cr合金钎焊后金刚石表面有较多的碳化物(Cr3C2,Cr7C3)生成,同时发现金刚石表面有少量石墨化和化学侵蚀,其顶部的拉应力大约为110MPa,底部的压应力大约为520MPa.

金刚石涂层用硬质合金基体表面预处理研究新进展

从孔隙的形成、界面非金刚石物的形成以及较高残余应力等 3个不利方面 ,分析和综述了影响金刚石涂层与硬质合金基体粘结性的主要因素。着重对浸蚀基体表面除去 Co相或浸蚀 WC相 ,在基体与涂层之间形成中间过渡层或中间化合物 ,基体表面机械或热处理等硬质合金基体表面预处理 ,改善涂层与基体粘结性的

Ni-Cr合金Ar气保护炉中钎焊金刚石砂轮的研究

用活性钎料钎焊单层金刚石砂轮与传统电镀砂轮相比具有磨削锋利、寿命长等优异性能。利用 Ar气保护炉中钎焊的方法 ,用 Ni-Cr合金粉末做钎料 ,适当控制钎焊温度、保温时间和冷却速度 ,实现了金刚石与钢基体的牢固连接。利用扫描电镜和 X射线能谱 ,结合 X射线衍射结构分析 ,发现在钎焊过程中 Ni-Cr合金中的 Cr元素分离出在金刚石界面形成富 Cr层并与金刚石表面的 C元素反应生成 Cr3C2 和 Cr7C3,这是实现合金层与金刚石有较高结合强度的主要因素。重负荷磨削实验表明金刚石为正常磨损 。