我国复合超硬材料行业发展概况

介绍了我国超硬材料行业中的复合超硬材料领域20年的发展概况,详述了复合超硬材料领域3大类产品:钻探/工程用聚晶金刚石复合片、PCD/PCBN刀具用复合片、聚晶金刚石拉丝模坯,在高速发展期、转型升级期的发展历程,探讨了我国在该领域未来的发展趋势。

YT类硬质合金金刚石涂层成形刀具对高体积分数SiC_P/Al复合材料的铣削特性研究

采用热丝化学气相沉积法在B212型YT15硬质合金成形铣刀片上制备了微米级金刚石涂层,并以65%SiC颗粒增强铝基复合材料为试件材料进行铣削试验。通过与未涂层硬质合金铣刀进行对比,评价了金刚石涂层硬质合金成形铣刀的涂层效果。结果表明：在相同的切削参数下,金刚石涂层硬质合金刀具各种铣削力比未涂层硬质合金刀具的降低50%-65%;所涂覆金刚石薄膜在铣削过程中具有良好的膜-基附着强度,且经酸碱预处理的涂层硬质合金刀具较适合于高体积分数SiCP/Al复合材料的粗加工,醇碱预处理的涂层硬质合金刀具较适合于其半精加工;涂层硬质合金刀具持续加工的工件表面质量优于未涂层硬质合金刀具所加工,且所铣槽的成形精度较未涂层硬质合金刀具所铣槽提高约30%。

不同组分CBN-TiC-Al材料对PCBN性能的影响

研究了黏结剂中TiC与Al体积分数的比值变化对聚晶立方氮化硼(PCBN)的烧结行为及相关性能的影响,从而得出较佳的配比方案。选择CBN、TiC及Al粉末按设计方案配、混料,在1×10-3Pa/850℃真空炉内处理3 h后,高温高压下烧结PCBN复合片。通过对PCBN硬度与微观形貌的分析,发现硬度随TiC/Al比例的减小而先增后减,烧结体微观形貌均匀一致,各物相呈相应变化。连续与断续切削实验表明:当TiC∶Al为1∶1时的S3号刀片具有比较优异的耐磨损及抗冲击性能。对于CBN-TiC-Al烧结体,TiC/Al体积分数比值宜选为1∶1。

硬质合金成形铣刀的金刚石涂层热应力分析

针对B212型YG6硬质合金成形铣刀片,采用热丝化学气相沉积的方法,在其上沉积微米级金刚石薄膜。采用有限元分析的方法,研究成形铣刀片金刚石涂层的制备工艺,对热载荷作用下的金刚石薄膜和硬质合金基体间的热应力进行数值模拟计算,分析主要沉积工艺参数对金刚石涂层热应力的影响;采用扫描电镜、拉曼光谱及压痕实验等表征方法验证刀片不同部位金刚石薄膜的热应力特性。结果表明:较低的生长温度和较大的厚度有利于金刚石薄膜热应力的降低;在现有的制备条件下,保持沉积温度750℃基本恒定,沉积6 h后,薄膜厚度约为10μm,金刚石薄膜热应力较低,沉积质量较好,表现出良好的附着力,附着强度介于600 N和1000 N之间。

YT15硬质合金成形铣刀的金刚石涂层制备及应用研究

针对YT15硬质合金B212型成形铣刀片,采用两种不同的化学试剂对硬质合金基体预处理,以热丝化学气相沉积的方法沉积微米级金刚石薄膜。以65%高体分SiC颗粒增强铝基复合材料为试件材料,对比考察了金刚石薄膜涂层成形铣刀与未涂层硬质合金铣刀的切削特性,从而对铣刀的涂层效果进行评价。结果表明:经预处理后的YT类硬质合金表面粗糙度较YG类减小约10%,以平行布置热丝方式和现有的沉积工艺涂覆的金刚石薄膜均匀性较好;涂覆的金刚石薄膜在铣削过程中具有良好的附着强度,且经酸碱预处理及相应的涂层工艺较适合此类材料的粗加工,醇碱预处理方法较适合其半精加工;涂层刀具持续加工后的工件表面质量优于且稳定于未涂层刀具。

YT类硬质合金成形铣刀的金刚石涂层工艺研究

针对YT15硬质合金B212型成形铣刀片,以两种不同的化学方式对硬质合金基体进行预处理,而后采用热丝化学气相沉积的方法在其表面沉积微米级金刚石薄膜.使用扫描电子显微镜观察金刚石薄膜颗粒的大小及均匀度,激光拉曼光谱仪检测金刚石涂层的成分,压痕法检验金刚石涂层刀片的膜-基附着强度,并就不同预处理的基体表面对金刚石薄膜的质量、附着性能的影响进行分析.结果表明,经预处理后的YT类硬质合金表面粗糙度较YG类降低约10％,采用平行布置热丝方式和现有的沉积工艺在YT类硬质合金衬底涂覆的金刚石薄膜均匀性较好,且经酸碱预处理的金刚石薄膜表现出良好的附着力,附着强度介于600～1 000 N,醇碱预处理对衬底表面原有的光洁度损坏较小,有助于细化金刚石晶粒,但膜-基附着强度不高.

复杂形状硬质合金刀具金刚石涂层的制备及铣削特性研究

采用热丝化学气相沉积法,以平行布置热丝方式及优化的预处理和沉积工艺,在复杂形状硬质合金立式键槽铣刀表面制备出均匀的微米级金刚石薄膜。通过扫描电镜和拉曼光谱研究了金刚石薄膜的形貌和成分。以高体积分数（65%）SiCP/Al复合材料为工件材料进行铣削试验,对比考察了金刚石薄膜涂层铣刀和无涂层铣刀的铣削特性。结果表明：在相同的铣削用量条件下,金刚石涂层铣刀的铣削力比无涂层铣刀的降低20%～60%;涂覆的金刚石薄膜附着强度较好,有效减轻了刀具磨损,使其寿命提高3～5倍;加工初期,无涂层刀具加工工件表面质量较好,但加工中后期工件表面质量迅速恶化,而金刚石涂层刀具加工工件的表面质量较稳定。

CVD金刚石涂层刀具铣削高体分SiCp/Al复合材料特性研究

以65%高体分SiC颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料为试件材料,采用热丝化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）法制备的硬质合金常规（μm级）金刚石薄膜涂层立式键槽铣刀进行铣削试验,研究铣削力的变化规律、工件表面的微观形貌,以及刀具的磨损和刀具寿命,并与未涂层硬质合金铣刀进行对比,分析了该材料的铣削机理,评价了金刚石薄膜涂层铣刀的涂层效果。结果表明：在相同的切削用量条件下,金刚石涂层刀具比未涂层硬质合金刀具的各向铣削力降低20%～60%;加工初期,未涂层硬质合金刀具所获得的工件表面质量较好,但在加工中后期,未涂层硬质合金刀具所获得的工件表面质量迅速恶化,而金刚石涂层刀具所加工工件的表面质量较为稳定,刀具寿命比未涂层硬质合金刀具提高了3～5倍,因此,常规金刚石薄膜涂层刀具较适合应用于高体分SiCp/Al复合材料的粗加工或半精加工。

PCBN刀具干湿切削加工淬硬钢时的磨损对比

本文研究了在一定切削参数下干、湿式切削加工淬硬钢时四种PCBN刀具的刀具寿命、磨损形式和磨损机理。通过扫描电子显微镜观察不同切削行程下刀尖形貌和刀具后刀面磨损量,并对刀具前后刀面进行能谱分析。结果表明湿式切削时的后刀面磨损量小于干式切削,说明刀具湿切比干切时具有较好的性能;PCBN刀具的磨损形式有前刀面磨损、后刀面磨损,其中前刀面磨损的表现形式为月牙洼磨损,磨损机理为机械磨损、氧化磨损和黏结剂磨损,而后刀面磨损机理有机械磨损、氧化磨损、黏结剂磨损和扩散磨损等;同时还发现CBN含量下降,刀具的后刀面磨损量也有下降趋势,即刀具的切削寿命有延长趋势。

淬火钢加工用PCBN新材料的研制

结合淬火钢加工特点及PCBN烧结原理,设计开发了一种适于淬火钢加工用CB–600新材料。运用扫描电子显微镜(SEM)观察、切削实验、以及客户实际使用等方法对CB–600、国内同类产品FP–1及国外同类产品DP–1进行了性能对比分析。SEM检测结果表明:CB–600与DP–1均具有均匀致密的组织结构。连续车削淬火钢实验表明:CB–600具有较好的耐磨性,其后刀面磨损量比DP–1大40%,比FP–1小68%。断续车削实验表明:CB–600和FP–1经过4万次断续冲击后切削刃完好无崩损,而DP–1经过2.7万次断续冲击时发生较大崩刃。客户实际使用表明:CB–600能够加工的淬火钢零件件数比FP–1多1倍以上。因此,CB–600具有较优异的淬火钢加工性能。

直径51mm PCBN刀具材料的开发研究

通过对合成工艺进行创新设计,运用新研发的相关配装物料,在六面顶压机上合成、开发出直径51mm刀具用PCBN复合片。扫描电镜组织形貌、超声波C扫描及切削试验等的性能检测表明,所开发的51mmPCBN复合片具有均匀致密的组织结构,表面无变形,PCBN层厚度处于0.85-1.0mm,边缘与中心均匀一致,具有良好的可加工性能,复合片边缘与中心加工成刀片的后刀面磨损量差值为13.88%。

硬质岩层钻探用曲面聚晶金刚石复合片的性能表征

采用国产铰链式六面顶压机,通过高温高压(HPHT)工艺合成出曲面结构聚晶金刚石复合片,即屋脊齿。实验室检测结果表明:相较于同规格平面齿,屋脊齿的耐磨性能提高40%,抗冲击性能提高30.8%,而切削力降低36.8%;同时,屋脊齿使用中选择合适的齿前角可提高钻井进尺量及钻速。实地钻探结果表明:相较于同规格平面齿,该屋脊齿的钻进距离及钻速分别提高78.1%、38.9%。

陶瓷材料的DIW工艺在陶瓷基金刚石工具中应用的关键技术问题

浆料的直写成形技术(DIW)是一种基于浆料挤出的3D打印技术,其具有能耗低、成本低、打印速度快、无结构设计限制等优点。在概述DIW技术应用于陶瓷基金刚石工具优势的基础上,对其应用过程中的原料选择、浆料制备、打印适性及脱脂、烧结工艺等关键步骤进行探讨,并指出在浆料制备环节中需要重点关注的粉体团聚问题。同时,分析一些DIW制造工艺的研究实例。最后,指出DIW工艺制造陶瓷基金刚石工具应解决的关键问题。

如何建立与完善集团公司财务预警制度

国外统计资料表明：在正常年份宣布破产的企业数量约占企业总数的1％。目本学术振兴会特别研究员清水刚通过研究发现，1896年到1982年的10次总资产排名前100家的上市公司中，企业平均寿命为25年。1983年壳牌石油公司的一项调查发现，1970年名列《财富》杂志500家大企业排行榜的公司，有1／3家已经销声匿迹。

超精金刚石微粉中大颗粒的检验方法

超精金刚石微粉中的大颗粒在微粉应用中有着很大的影响,而在目前的情况下对于大颗粒的检验存在很大的难点,普通的粒度检测及形貌检测很难做出全面的判断,本文介绍了几种新型的超精微粉中大颗粒的检验方法。

不同黏结剂组分整体PcBN烧结及性能研究

本文运用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度计,分别研究了不同黏结剂的PcBN的微观组织结构、物相、显微硬度及密度/相对密度。分析表明,相同cBN粒度、含量的情况下,AlN及TiN相的存在可有效提高样品硬度,新物相的生成及孔隙的存在对样品的相对密度有较大影响,使用TiN/Al黏结剂的刀片样品S1中只有新相TiB2生成,且烧结较致密,相对密度最大。相同切削参数时,S1刀片后刀面磨损量最小,耐磨性最好,硬度最高;使用AlN/TiN/Al的S2刀片的耐磨性次之;黏结剂组分较多的S3样品的耐磨性最差。切削参数的选择上宜取高切削速度低进给量。

PDC钻头出露量和线速度对复合片磨损规律的影响

针对如何减小复合片钻头在钻进岩层时复合片的磨损,在理论分析的基础上,利用复合片在立车车床上磨削岩样的方法模拟PDC钻头切削岩石,据PDC钻头的出露量和线速度对复合片磨损规律的影响进行研究。根据有关磨损理论,提出以复合片的绝对磨损作为切削具磨损的衡量指标。实验设定5组不同的出露量以及5组不同线速度,并在正压力和摩擦路程不变的情况下,分别测得复合片的体积磨耗。研究结果表明:不同斜镶角的切削齿都存在一个与之对应的最佳出露量,如斜镶角为15°的复合片钻头,其切削齿的最佳出露量为2 mm,出露量太大或太小都会使复合片体积磨耗增大;其次,复合片的体积磨耗在钻进时与线速度呈正比。

金刚石化学镀铜及还原处理研究

为改善金刚石和金属基体的润湿性,采用两种不同还原剂的配方在金刚石颗粒上进行化学镀铜,并在氢气气氛中对镀铜膜的金刚石进行还原处理。通过扫描电镜和X射线衍射仪研究了不同还原剂和不同还原温度对镀铜膜的微观形貌和成分的影响。结果表明:采用硼氢化钾比甲醛做还原剂化学镀铜效果好,用硼氢化钾做还原剂镀的铜膜晶粒为纳米微晶结构;在氢气氛中还原温度为300℃时氧化亚铜被还原成铜,在该温度下还原的铜膜表面平整均匀,晶粒无长大现象,对薄膜形貌影响较小;还原的镀铜金刚石呈紫红色,随还原温度的升高其外表由光亮逐渐变的暗淡,铜膜晶粒逐渐长大,薄膜的粗糙度也随之变大。

聚晶金刚石水冷抛光夹具实验研究

采用普通夹具和水冷夹具对聚晶金刚石进行了表面抛光实验。通过对比两种夹具在不同载荷下对砂轮温度,夹具及产品温度,产品变形量,抛光效果及效率的影响,发现仅靠冷却水对砂轮进行冷却降温是不够的,而同时对砂轮,夹具和产品进行冷却降温,才会有较好的抛光效果和效率。适当条件下,水冷夹具的抛光效率可提升至三倍以上。

cBN-TiN-Al烧结体黏结剂组分配比研究

研究了PcBN黏结剂中TiN与Al的体积分数比值[V(TiN)∶(V Al)]变化对PcBN的烧结行为及相关性能的影响,以期得到较佳的[V(TiN)∶(V Al)]配制比例方案。选择cBN(1～4μm)、TiN(2μm)及Al(1～2μm)粉末进行配混料,在1×10-3Pa、850℃真空炉内处理3 h后,高温高压下合成PcBN聚晶烧结体。通过对PcBN聚晶烧结体物相、硬度、密度及微观形貌的分析,发现硬度与实测密度均随TiN:Al体积分数比值的减小而降低,而相对密度受新物相的生成及烧结致密度等影响。当V(TiN)∶V(Al)为1∶1～1∶2时,烧结体微观形貌均匀一致,相对密度较大,切削后刀面磨损量较小。