Tribological Properties of Self-lubricating Laminated Ceramic Materials

In order to improve the tribological properties of ceramic composites, Al2O3/TiC-Al2O3/ TiC/CaF2 self-lubricating laminated ceramic composites were prepared by vacuum hot pressing sintering. Experiments were conducted to get mechanical properties and the friction and wear properties were also measured with friction and wear tester. The worn surfaces were observed by scanning electron microscope （SEM） and energy dispersion spectrum （EDS）. The wear resistance properties and the self-lubricating effect of ceramic composites were analyzed. Results show that the Al2O3/TiC-Al2O3/TiC/CaF2 self-lubricating laminated ceramic composites layers are well-defined with a higher bonding strength and the mechanical performances are uniform enough to overcome the anisotropy of weak laminated ceramic composites. In addition, the fracture toughness of Al2O3/TiC layers is also improved. Its friction coefficient and wear rates decrease with the increase of rotation speed and load. Al2O3/TiC-Al2O3/TiC/CaF2 self-lubricating laminated ceramic composites have good wear resistance because of the tribofilm formed by the CaF2 solid lubricants. The wear mechanisms of Al2O3/TiC/ CaF2 layers are abrasive wear and Al2O3/TiC layers are adhesive wear.

Al_2O_3／TiC／CaF_2自润滑陶瓷刀具切削过程中的减摩机理

在Al2O3/TiC陶瓷刀具基体内加入固体润滑剂CaF2来改善其摩擦学特性,制备出Al2O3／TiC／CaF2自润滑陶瓷刀具。以该陶瓷刀具对45钢进行干切削试验,结果表明:添加固体润滑剂的Al2O3/TiC／CaF2自润滑刀具的摩擦因数比未添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷刀具显著降低,表现出了良好的减摩效果。在切削过程中, Al2O3/TiC／CaF2自润滑陶瓷刀具中的固体润滑剂由于受到摩擦和挤压作用而析出,能在刀具前刀面上形成润滑膜,可阻止刀-屑间的粘着,显著降低前刀面与切屑间的平均摩擦因数。对自润滑陶瓷刀具切削后磨损表面显微分析表明,前刀面在切削过程中形成了自润滑膜的生成、破损、脱落和再生的循环过程。因此,Al2O3/TiC／CaF2自润滑陶瓷刀具在其整个生命周期内始终具有润滑效果。

切削加工润滑技术研究现状及展望

在分析切削加工润滑机理的基础上,对国内外切削加工润滑技术的研究进展进行了综合归纳与评述,阐明了各种润滑方式的优缺点,并且针对切削加工时的摩擦特点,指出了切削加工润滑研究中几个值得重视的发展方向.

推动陶瓷刀具研究走上国际先进行列

介绍作者多年来在国家自然科学基金资助下研究陶瓷刀具切削加工基本理论及其应用，成功地研究开发出了多种新型陶瓷刀具材料，开创了国内外融合陶瓷刀具材料和陶瓷切削学于一体的陶瓷刀具研究新体系。

高温自润滑陶瓷刀具材料及其切削性能的研究

以TiB_2为添加剂,Al_2O_3为基体,制备了Al_2O_3/TiB_2陶瓷刀具材料。以该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用其在切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具材料表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al_2O_3/TiB_2陶瓷刀具材料本身的高温自润滑。研究了Al_2O_3/TiB_2陶瓷刀具在切削高温作用下刀具表面的摩擦化学反应机理,分析了刀具表面自润滑膜的组成结构。结果表明:Al_2O_3/TiB_2陶瓷刀具在干切削淬硬钢时,当切削速度大于120 m/min时,开始表现出高温自润滑性能。自润滑膜的组成为Al_2O_3/TiB_2陶瓷刀具中TiB_2的氧化产物,它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用,进而降低前刀面的摩擦因数,减轻刀具的粘着磨损,提高刀具的耐磨性能,具有良好的减摩和抗磨作用。

微池润滑刀具干切削过程中的减摩机理

通过在前刀面月牙洼磨损区域加工装填MoS2固体润滑剂的微孔产生"微池效应"来改善刀具的摩擦学特性,制备了YG8微池润滑刀具.以该微池刀具对45#钢进行干切削试验,结果表明:微池刀具与普通的YG8刀具相比具有良好的摩擦磨损特性,切削力明显减小,前刀面摩擦系数显著降低.通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDX)对微池刀具前刀面观察研究,分析了刀具自润滑机理:微池刀具前刀面小孔中的润滑剂受热膨胀及切屑摩擦挤压作用析出,在前刀面表面拖覆形成固体润滑层,直接渗入到刀屑接触区域,从而起到减摩润滑作用,改善刀具基体减摩抗磨性能.润滑膜层在切削加工中是一个润滑膜形成、磨损、再形成的循环过程,微池润滑刀具在微孔完全磨损的整个生命周期内始终具有自润滑效果.

炭/炭复合材料切削加工试验研究

探讨了 C/C复合材料结构和机械物理性能的特殊性及机械切削加工的特点。用 SEM观察了不同切削条件下切屑的断口形貌。用 5种不同的刀具材料、刀具角度及几何形状相同的刀具 ,在一定的切削工艺参数条件下 ,对该材料进行切削试验。以刀具的前刀面和 /或后刀面的磨损率为判据 ,最佳刀具材料为 YG8。在切削 C/C复合材料的过程中 ,刀具的磨损极为严重。刀具磨损的主要机理是粘着磨损和磨粒磨损。

硬质合金刀具材料摩擦磨损的研究现状及展望

分析了影响硬质合金刀具材料摩擦磨损性能的主要因素及各因素的影响方式,研究了硬质合金磨损的过程及方式,总结了国内外硬质合金刀具材料的摩擦磨损性能研究的现状及不足,提出了对金属切削具有指导作用的硬质合金摩擦磨损研究的新方向。

可加工陶瓷材料机械加工技术的研究进展

随着可加工陶瓷材料的研发与应用,可加工陶瓷材料的机械加工技术逐渐成为当今的研究热点之一。本文综述了可加工陶瓷在机械加工过程中的材料去除特性、刀具磨损、加工工艺及可加工性评价,内容涉及加工表面质量、去除机理、加工损伤、材料去除率、刀具参数、切削参数、表面粗糙度、冷却和可加工性综合评价,并提出了今后的研究发展方向和趋势。

Al_2O_3-TiB_2-SiC_W 复合陶瓷材料摩擦磨损特性的试验研究

采用热压法以不同比例的ＳｉＣ晶须（ＳｉＣＷ）制备了Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２－ＳｉＣＷ三组分复合陶瓷材料，并在ＭＭ－２００型试验机上对其摩擦磨损行为及其磨损机理作了试验研究．结果表明，添加ＳｉＣ晶须既能提高材料的断裂韧性，又能明显改善材料的耐磨性能．由于ＳｉＣ晶须在热压后主要分布于与热压方向垂直的平面上，因而在不同的表面具有不同的耐磨性．这些陶瓷材料表面的耐磨性能都随着θ角（表面与热压方向的夹角）的增大而提高，并以θ＝９０°时的耐磨性最好．

高速切削刀具磨损表面形态研究

对立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂层刀具及超细晶粒硬质合金刀具高速铣削灰铸铁、调质45#钢和淬硬45#钢时的刀具磨损形态及其磨损机理进行观察和分析.结果表明:在高速切削条件下,不同刀具材料与工件材料匹配时的刀具磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损、微崩刃、剥落和破损等;高速切削时刀具的前刀面磨损形态不同于常速切削时的磨损形态,即磨损不表现为月牙洼的形式,而是表现为切削刃处磨损最大的斜面磨损形式,前刀面磨损区域随切削速度提高而减小,但磨损深度增大.研究结果可用于指导高速切削刀具材料的设计、合理选用及刀具磨损控制.

镶嵌固体润滑剂的自润滑刀具切削温度研究

在刀具前刀面月牙洼磨损区域加工装填MoS2固体润滑剂的微孔,制备了一种镶嵌固体润滑剂的自润滑刀具(SLT-1),并与前刀面有孔但无固体润滑剂的刀具(SLT-2)以及传统刀具(SLT-3)进行切削对比试验。用TH5104红外热像仪测试了3种刀具切削45号淬火钢的切削温度变化规律。结果表明:SLT-1自润滑刀具的切削温度明显降低,比传统刀具SLT-3降低15%～20%,SLT-2刀具比SLT-3降低5%～10%。通过切削温度理论分析表明,由于自润滑刀具SLT-1在前刀面形成润滑膜,降低了前刀面剪切应力以及减少了刀屑接触面积,使得切削温度显著降低。

金属陶瓷刀具切削难加工材料时的磨损性能研究

对金属陶瓷刀具和YG8刀具切削冷硬铸铁和不锈钢时的磨损性能进行了对比切削试验 ,结果表明 :切削冷硬铸铁时金属陶瓷刀具的寿命明显低于YG8刀具 ,而切削不锈钢时金属陶瓷刀具的寿命高于YG8刀具。

航空难加工材料切削刀具磨损与剩余寿命预测研究进展

航空制造领域因轻量化、强度等特殊的应用需求,大量使用钛合金、镍基合金等难切削材料,刀具磨损速率快,刀具过度磨损会影响产品质量,在保证产品质量的前提下,为了充分发挥刀具使用价值,亟需监测刀具磨损状态和预测刀具剩余寿命。针对刀具剩余寿命预测的定义、分类和主要预测方法进行了阐述,同时,刀具磨损监测作为刀具寿命预测的基础和先决条件,简述了其重要的流程和常见模型。刀具剩余寿命预测模型主要包括基于物理模型的预测、基于数据驱动的预测和混合预测三大类,对不同预测方法的优缺点和适用场景进行总结,并讨论了刀具剩余寿命预测的未来研究方向。

高速切削典型难加工材料刀具摩擦与磨损机理研究现状

钛合金、镍基高温合金的低导热性、高化学活性引起高速切削过程中刀-屑接触区域温度高、工件材料与刀具亲和力强,刀具磨损严重,加工效率低,属于典型的难加工材料.针对这类典型难加工材料中刀具摩擦与磨损严重的问题,在论述高速切削刀-屑接触区摩擦特性研究现状的基础上,分析了刀具磨损机理、刀具切削性能、以及冷却润滑对刀具摩擦磨损行为的影响,总结了磨损建模等方面的研究进展.最后提出了对难加工材料高速切削具有指导作用的刀具摩擦磨损研究的新方向.

纳米加工过程中金刚石刀具磨损研究的新进展

总结和分析了近几年来国内纳米加工过程中金刚石刀具磨损的研究方法,简要阐述了分子动力学模拟的基本原理及其应用情况,评述了分子动力学等模拟方法在金刚石刀具的热及化学磨损等方面的最新研究进展,指出了目前研究过程中存在的一些问题,以及今后研究中值得注意的几个发展方向.

高速电弧放电加工的工艺特性研究

基于流体动力断弧的高速电弧放电加工(Blasting erosion Arc machining,BEAM)是一种利用高速流场控制电弧放电,高效蚀除工件材料的特种加工新技术。该技术从原理到实现都与传统的电火花放电加工(EDM)有着本质区别。将高能量密度的电弧、具有三维型面的多孔电极、极间的高速工作液流场以及多轴联动进给这四种关键要素的有效结合,实现了一种新型而高效的材料去除加工方法。采用石墨集束电极对典型的难切削材料——镍基高温合金GH4169进行了高速电弧放电加工。试验结果表明,在放电峰值电流为500 A时,最大材料去除率可达14 000 mm3/min,而最小电极相对损耗比不超过1%,且加工后工件的表面硬度低于基体硬度,再铸层和热影响层厚度均小于100μm,有利于切削等后续半精加工工艺的开展。由此可见,高速电弧放电加工的工艺特性使其非常适合于难切削材料的大余量去除加工。使用多孔成形电极分别对不同形状的型腔样件进行了层铣和沉入式高速电弧放电加工,证明了其高效加工三维特征零部件的能力。

切削刀具摩擦磨损的研究方法综述

从切削试验、常规摩擦试验及特殊摩擦试验三个方面概述了国内外有关刀具材料摩擦磨损的研究方法,分析了各种方法的优缺点,最后对这一问题的重点研究方向进行了展望。

典型刀具材料的高温摩擦磨损特性的研究现状

金属切削过程中产生的高温是刀具材料磨损加剧并且出现化学磨损(氧化、扩散和溶解等)的主要原因,因此刀具材料的高温摩擦磨损性能是开发、选择刀具材料的重要标准。本文阐述了国内外针对典型刀具材料高温摩擦磨损研究的现状,并对目前所存在的问题和不足提出了刀具材料高温摩擦磨损研究的方向及侧重点。

航空高温合金材料切削加工研究现状与展望

以镍基合金为代表的航空高温合金在工程中的应用越来越广泛。由于其具有强度大、硬度高、导热性差、脆性大等特点,要实现其高效、高质量切削加工还存在诸多技术难题。文章着重从其加工用刀具、刀具的磨损机理与形式、加工工件的表面完整性和切削力等方面进行了阐述,对这一领域的研究进行了总结与展望,可为该领域的深入研究与工程化应用提供理论指导。