Gd改性Ni-Cr钎料钎焊金刚石组织和性能研究

本研究旨在减少钎焊金刚石的热损伤,提高钎焊金刚石的力学性能。采用Gd改性的Ni-Cr合金钎料,在1080℃保温5 min对金刚石进行真空感应钎焊试验,并利用SEM、EDS及XRD对钎料的微观组织和金刚石焊后界面微结构进行测试分析。结果表明,Gd的添加提高了Ni-Cr合金钎料的力学性能,钎料中生成了两种新的稀土化合物(Gd_(2)Ni_(17)和GdNi_(5))。添加适量的Gd可提高金刚石的出露度,且钎焊接头中生成的新型Gd_(2)Ni_(17)化合物有利于减少钎焊金刚石的热损伤。此外,当Gd的添加量为0.8%时,金刚石的暴露量达到其自身高度的62.1%,力学性能测试证实使用该钎料钎焊的金刚石的静压强度和磨削性能高于使用纯镍铬合金钎焊的钻石。

黔东施秉下翁哨地区金刚石指示矿物地球化学特征及其地质意义

对黔东施秉下翁哨地区金刚石指示矿物镁铝榴石、铬尖晶石分别进行了电子探针(EMPA)主量元素和LA-ICP-MS微区原位微量元素测试,结果表明:镁铝榴石主要属于G9型(约占87%),次为G12型(约占11%)和G3型(约占2%),源区为二辉橄榄岩和异剥橄榄岩,当其与橄榄石共生,获得平衡温度(tNi)为686~1225℃,压力(PCr)为1.9~4.0 GPa,少数落在形成金刚石的主要温压范围内(压力约4.0~6.5 GPa,温度约950~1300℃);铬尖晶石主要来源于橄榄岩尖晶石捕虏晶(Xen)(约占90%),少量为铬铁矿(Chr)(约占10%),个别落在全球原生金刚石中铬铁矿包裹体的范围内。研究认为,恢复区域加里东期造山运动以来的古地貌,寻找金刚石指示矿物的母岩体/新岩体及开展其矿物间的对比研究工作,特别是对加里东期以来区域的地幔物质组成、岩石圈厚度和热状态等进行深入研究,将对扬子克拉通的演化、深部地幔结构剖析和金刚石成矿事件等具有重要的科学研究意义。

Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂对Ni_(3)Al基金刚石复合材料性能的影响

采用真空热压法制备了Ni_(3)Al基金刚石复合材料,研究了不同烧结助剂对复合材料力学性能和微观结构的影响,并对Ni_(3)Al基金刚石钻头的钻孔性能进行了测试。结果表明,在添加0~30vol%的Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂后,Ni_(3)Al基金刚石刀头的致密度、抗弯强度、硬度得到提高。Ni3Al基金刚石复合材料的抗弯强度随着Ni-Cr、Co烧结助剂含量的增加而提高。Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂中的Cr元素在金刚石的表面出现了富集现象。将添加Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂的Ni_(3)Al基金刚石复合材料制备成工具进行钻削测试,发现Ni_(3)Al基金刚石复合材料的失效形式可以分为微破碎、磨耗、宏观破碎3种形式,钻削试验中并没有发现整颗金刚石脱落的现象,表明Ni_(3)Al基对金刚石的把持力较大,强度较高。

Y元素对Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石组织和性能的影响

钎焊金刚石工具因化学冶金结合方式而具备较高的结合强度,在陶瓷、半导体和玻璃等硬脆性材料的加工行业及轨道交通、航空航天等领域中拥有广泛的应用前景。虽然Ni基钎料钎焊金刚石工具在结合强度、耐磨性及服役环境方面具有一定的优势,但是较高的钎焊温度和化学侵蚀会对金刚石磨粒造成较为严重的热损伤,从而影响金刚石工具的工作效率和服役寿命。为了降低钎焊过程中金刚石的热损伤,采用掺杂Y元素的Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石,通过SEM研究了钎焊金刚石试样的界面微观形貌,使用拉曼光谱仪分析了钎焊金刚石试样的石墨化程度,同时还探究了钎焊金刚石试样的力学性能。结果表明,当Y元素的质量分数为0.8%时,钎焊试样的金刚石形貌最为完整,钎焊层硬度最高为533 HV_(0.1),金刚石出露度较高为76.2%且石墨化程度较低。另外,Y元素的添加细化了碳化物的尺寸,降低了碳化物微裂纹的产生。相较于未添加Y元素的钎焊试样,添加Y元素的金刚石钎焊试样的抗压强度提升了约50.4%,磨削性能提高了43.5%,金刚石的脱落数量最少。表明,用Y元素掺杂的Ni-Cr非晶钎料可成功制备出钎焊金刚石试样,同时还降低了钎料中的触媒元素对金刚石的侵蚀作用,改善了热损伤和磨削性能。本研究为非晶钎料在钎焊金刚石工具领域中的应用提供了可靠的理论支持,并为相关工业生产提供了新的技术路径,在降低生产成本和推动绿色生产方面具有一定的实际意义。

金刚石颗粒表面Cr金属化及薄膜间界面扩散反应的研究

运用直流磁控溅射法可在金刚石颗粒表面沉积 1 50 nm的金属 Cr层 .在超高真空条件下 ,经 3 0 0—60 0℃的热退火处理 ,可促进 Cr膜与金刚石基底间的界面扩散和反应 .利用俄歇电子能谱研究了 Cr/金刚石颗粒界面的结合状态 ,发现 Cr与金刚石薄膜发生了强烈的界面扩散 ,Cr元素渗入金刚石层达 90 nm,并在界面上发生化学反应形成 Cr的碳化物层 .对界面扩散反应动力学的研究表明 ,Cr/金刚石界面扩散反应的表观活化能为 3 8.4 k J/ mol,界面扩散反应主要由碳的扩散过程控制 .热处理温度越高 ,界面扩散及反应越显著 ,但不利于碳化物层生成的氧化反应速度也会有所增加 ,界面反应产物从 Cr2 C3转变为 Cr2 C物种 .延长热处理时间有利于金属碳化物的生成 ,同样导致界面反应产物从 Cr2 C3转变为 Cr2

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.

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.

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。

镀铬金刚石在金属结合剂金刚石工具中的应用

采用双阴极等离子溅射沉积方法对金刚石颗粒表面进行镀铬处理。利用SEM、XRD对镀铬金刚石颗粒进行物相分析,使用金刚石单颗粒静压强度测定仪和人造金刚石冲击强度测定仪对金刚石进行力学性能测定。检测镀覆前后金属烧结体力学性能,并对比金刚石锯片刀头中的实际破坏形态及出刃高度的变化。结果表明,金刚石在镀层的保护下,单颗粒的力学性能得到提高。镀层实现了与基体的结合,金刚石工具的性能和寿命得到了提高。

纳米金刚石复合镀铬工艺及镀层性能研究

纳米金刚石复合镀铬能获得耐磨性和硬度都很好的镀层,通过研究确定了纳米金刚石镀铬工艺最佳工艺参数,并对该工艺下所获镀层微观形貌进行了分析,对镀层摩擦力矩进行了测试,同时用镀覆钻头进行了钻孔对比试验。结果表明,所获复合镀层中含有粒度不均的纳米金刚石粒子,镀层摩擦力矩有了明显下降,钻孔速度提高,并探讨了镀层沉积机理。

金刚石表面Cr金属化的界面扩散反应研究

利用直流磁控溅射法在金刚石颗粒表面沉积了厚度为150nm的金属Cr薄膜。SEM研究表明在金刚石表面形成的Cr膜基本均匀,但有小的金属聚集体存在。俄歇深度剖析研究发现,在镀膜过程中Cr膜和金刚石基底间发生了显著的界面扩散作用。相应的俄歇线形分析表明,沉积过程中在界面上发生化学反应形成了部分Cr2C3物种。溅射沉积功率对金刚石颗粒与金属Cr膜的界面扩散反应有较大的影响。提高溅射功率可大大促进Cr元素的扩散,但对于C元素的扩散作用则影响较小。界面扩散反应的本质是荷能Cr原子与金刚石基底的碰撞注入作用。

添加Ni/C对Ni-Cr合金制备钎焊金刚石工具的影响

为了进一步提高钎焊金刚石工具的使用性能,采用添加3%、5%Ni/C的Ni-Cr合金在保护气氛炉制备钎焊金刚石试样,钎焊温度为1 050℃,保温5 min;利用扫描电镜对钎焊后金刚石形貌和钎焊层组织进行分析,用维氏硬度仪测试钎焊层硬度。结果表明:添加Ni/C的Ni-Cr合金对金刚石具有较好的润湿性,能实现钎焊层对金刚石的高强度连接;碳化物在金刚石表面形核长大,与金刚石具有一定的位向关系;Cr7C3的形貌为空心,钎焊层中形成簇状共晶石墨,都与添加的Ni/C有关;钎焊层中残存有少量Ni/C,钎焊层硬度由820HV0.2降低至700HV0.2,有利于降低金刚石钎焊后热应力和提高磨粒后期出露。

Cr掺杂及Cr过渡层对类金刚石薄膜附着力的影响

采用线性离子束复合磁控溅射的混合PVD技术制备了含Cr过渡层以及Cr掺杂的DLC薄膜,并测量了其厚度、残余应力、结合力、摩擦因数等性能。划痕测试的结果表明,增加过渡层后薄膜的结合状况得到了明显改善,其残余应力也有所下降,Cr掺杂的DLC薄膜残余压应力最低可达0.23GPa。有关结果为强膜基结合力、低应力、大面积的类金刚石薄膜可控制备提供了新的技术思路。

Ni-Cr-B-Si+Cu-P-Sn复合钎料真空钎焊金刚石

采用在镍基钎料中分别添加3%、5%和7%(质量分数)Cu-P-Sn组成新型复合钎料,并进行金刚石磨粒的钎焊实验,利用SEM、EDS和XRD对金刚石焊后的界面碳化物形貌及钎料组织进行测试分析。结果表明:添加5%Cu-P-Sn的复合钎料进行金刚石钎焊时,钎焊温度有所下降,金刚石表面碳化物较规整,并且数量有所下降,降低金刚石的热损伤。新型钎料中形成树枝晶α-Ni基固溶体和枝晶间Ni_(31)Si_(12)、Cr_7C_3等化合物的组织,不同含量Cu-P-Sn与Ni-Cr-B-Si合金可以较大程度互溶,可以实现钎料性能的调控,降低金刚石的热损伤。

基于Cr过渡层沉积CVD金刚石涂层的试验研究

研究了在硬质合金上基于 Cr过渡层沉积 CVD( Chemical vapor deposition)金刚石涂层的工艺 ,利用自制的 CVD金刚石沉积设备制备出晶形完整、晶粒大小均匀、分布连续的金刚石涂层。用 SEM和 Raman光谱对CVD金刚石涂层进行了分析。结果表明 ,沉积工艺对金刚石的形态和成分有显著影响 ,基体温度在 80 0℃左右时 ,可以得到晶形完整 ,非金刚石成分较少 ,与基体结合紧密的 CVD金刚石涂层。

真空微蒸发镀铬金刚石的制备与性能表征

采用真空微蒸发镀覆工艺制备不同镀层厚度的镀铬金刚石,对铬镀层的物相组成和镀层厚度进行分析和表征。结果表明:改变镀覆温度和保温时间,可控制镀铬金刚石的镀层厚度。镀层的物相组成可通过镀覆质量增加来控制:质量增加10%的铬镀金刚石,其镀层只出现Cr_(3)C_(2)相;质量增加为20%时,有少量Cr_(7)C_(3)出现。从金刚石基体到铬镀层,镀层结构由低Cr比例的碳化物向高Cr比例的碳化物逐渐过渡,即为Cr_(3)C_(2)/Cr_(7)C_(3);在金刚石尺寸确定的情况下,使用理论分析镀层厚度与镀覆质量增加的关系,如质量增加10%和65%的金刚石对应的铬镀层厚度分别为0.77μm和4.76μm,此结果与试验观察相吻合。

铬包覆的金刚石颗粒增强铜基复合材料的热物理性能研究

通过混合熔盐法将NaCl、KCl、金刚石颗粒及微量活性物质铬粉按一定比例混合均匀后煅烧处理,经过充分清洗、过筛及干燥等工艺得到了铬包覆的金刚石颗粒;利用放电等离子烧制技术制备了具有优异热物理性能的铬包覆金刚石颗粒增强铜基复合散热材料。结果表明:采用该混合熔盐法能够实现金刚石颗粒表面铬全包覆;铬包覆的金刚石颗粒与铜基体金属材料的界面结合良好;采用放电等离子技术制备的铬包覆金刚石-铜基复合材料具有较高的相对密度、优异的热传导性能及相对较低的热膨胀系数。

氩气保护条件下钎焊单层金刚石砂轮的研究

利用氩气作为保护气体 ,以 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的化学冶金结合。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,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及钢基体之间都有较高结合强度的主要因素。

多层钎焊金刚石锯片的研制及基础分析

使用添加了合金粉A的Ni-Cr合金钎料制备金刚石表面钎焊金属化的磨粒,采用粉末冶金烧结技术制作了多层钎焊金刚石锯片、镀钛金刚石锯片和无镀覆金刚石锯片,并进行了对比切割试验。应用扫描电镜对表面钎焊金属化的金刚石磨粒界面及多层钎焊刀头断面进行了综合分析。结果表明:添加合金粉A既能保证Ni-Cr合金对金刚石磨粒的润湿,又能有效降低钎料对金刚石的损伤;多层钎焊锯片胎体与金刚石磨粒之间出现Ni元素的迁移现象,胎体与金刚石磨粒钎焊层形成了冶金结合;多层钎焊锯片比镀钛锯片具有更高的磨粒把持强度。

Cu-Sn-Cr真空钎焊金刚石界面微结构分析

为降低钎焊金刚石的热损伤和制造成本,开发了一种适于钎焊金刚石的混合金属粉Cu-Sn-Cr作为钎料,并对金刚石磨粒进行了钎焊实验。采用SEM、EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构进行了分析。结果表明:适合钎焊金刚石的活性成分为Cu76Sn19Cr5,该钎料能够实现金刚石的高强度连接。在金刚石与钎料界面处有碳化物生成,钎料组织主要由α-Cu固溶体、Cu41Sn11。金刚石焊后形貌完整,表面基本光滑,表面生成了连续片状Cr7C3。