本文選題：相對(duì)濕度 + 表面懸鍵鈍化��； 參考：《中國地質(zhì)大學(xué)(北京)》2017年碩士論文

【摘要】：聚晶金剛石(PCD)具有高硬度、高耐磨性以及優(yōu)異韌性,可用于地質(zhì)鉆探、刀具切削等領(lǐng)域,在鉆探的過程中很難保證PCD處于良好的液體潤滑條件下,此時(shí)濕度氣氛會(huì)嚴(yán)重影響鉆進(jìn)或切削性能,界面間的摩擦化學(xué)效應(yīng)會(huì)對(duì)材料的磨損有重要影響。故本文考察了PCD在相對(duì)濕度水平(RH)為5%-85%以及水潤滑條件下對(duì)磨氮化硅球的摩擦學(xué)行為。采用光學(xué)顯微鏡、三維形貌、Raman、SEMEDS、XPS以及AFM等分析測試手段,分析研究表面化學(xué)懸鍵鈍化效果、碳原子重雜化、界面碳質(zhì)轉(zhuǎn)移膜的形成以及氧化摩擦化學(xué)反應(yīng)對(duì)PCD摩擦學(xué)性能的影響,研究結(jié)果如下:(1)在5%-50%RH條件下,Si3N4球表面碳質(zhì)轉(zhuǎn)移膜的形成是影響穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)的主要因素,在5%RH條件下,較長的跑合期~4000周保證了連續(xù)的及均勻的碳質(zhì)轉(zhuǎn)移膜的形成,能夠顯著降低滑移界面間的粘著相互作用,最終獲得超低穩(wěn)態(tài)時(shí)的摩擦系數(shù)~0.04。在相對(duì)濕度為10%-50%RH時(shí),測試環(huán)境中有足夠的水分子濃度,通過形成-H、-OH、H2O鈍化表面抑制了碳質(zhì)轉(zhuǎn)移膜的形成。對(duì)于PCD的磨損,在濕度為5%RH條件下獲得PCD最大的磨損率~9.1×10-11mm3/Nmm。(2)在高濕度(55%-85%RH)條件下,測試環(huán)境中高濃度的水分子經(jīng)物理作用吸附于滑移的界面,在界面間通過毛細(xì)冷凝作用形成液橋,在滑移界面施加了彎月面力,最終獲得了不穩(wěn)定且最高的摩擦系數(shù)值~0.105。但在水潤滑條件下,獲得最低的摩擦系數(shù)~0.06。水潤滑時(shí)易在滑移界面形成有效的水分子潤滑膜,顯著降低界面間的摩擦力。在高濕度條件(55%-85%RH)下,Si3N4形成了不同的磨斑大小,隨著相對(duì)濕度的增加,對(duì)磨球的磨斑直徑逐漸增加,在濕度水平為85%條件下獲得最大的磨斑,然而在水潤滑條件下獲得最小的磨斑。(3)化學(xué)懸鍵鈍化效果影響滑移界面間的共價(jià)相互作用,不同濕度條件對(duì)應(yīng)不同的長度的跑合期,較長的跑合期是保證形成連續(xù)性好、均勻、穩(wěn)定的碳質(zhì)轉(zhuǎn)移膜的直接原因。這種在滑移界面間有效的、連續(xù)的碳質(zhì)轉(zhuǎn)移膜的形成是PCD在穩(wěn)態(tài)期表現(xiàn)出超低摩擦系數(shù)的最主要的原因。在55%-85%RH條件下,不同的Si-N/Si-OH+Si-O、Si-OH/Si-O控制Si3N4材料的氧化磨損程度。
[Abstract]:Polycrystalline diamond (PCD) has high hardness, high wear resistance and excellent toughness. It can be used in geological drilling, cutting tools and other fields. It is difficult to ensure that PCD is in good liquid lubrication condition during drilling. At this time, the humidity atmosphere will seriously affect the drilling or cutting performance, and the tribochemical effect between the interface will have an important impact on the material wear. Therefore, the tribological behavior of PCD in grinding silicon nitride balls under the condition of relative humidity of 5- 85% and water lubrication has been investigated. The effects of surface chemical hanging bond passivation, carbon atom heavy hybridization, interfacial carbon transfer film formation and oxidation tribological reaction on the tribological properties of PCD were studied by means of optical microscope, Ramana SEMEDS XPS and AFM. The results are as follows: (1) the formation of carbon transfer film on the surface of Si _ 3N _ 4 sphere under 5%-50%RH is the main factor affecting the steady friction coefficient. Under 5%RH condition, the formation of continuous and uniform carbon transfer film is ensured by a longer running period of 4000 weeks. The adhesion interaction between the slip interfaces can be significantly reduced, and the friction coefficient of 0.04 at the ultra-low steady state can be obtained. When the relative humidity is 10%-50%RH, there are enough water molecules in the test environment, and the formation of carbon transfer film can be inhibited by forming the passivated surface of H _ (-) -O _ (H _ (2)) _ (2) H _ (2) H _ (2) O. For the wear of PCD, under the condition of 5%RH, the maximum wear rate of PCD is 9.1 脳 10 ~ (-11) mm ~ (3 / Nmm 路N ~ (-2). Under the condition of high humidity ~ (55 ~ 85), the high concentration of water molecules in the test environment is physically adsorbed on the slip interface, and the liquid bridge is formed by capillary condensation between the interfaces. When the meniscus force is applied at the slip interface, the unstable and the highest friction coefficient of 0.105 is obtained. But under the condition of water lubrication, the lowest friction coefficient is 0.06. It is easy to form an effective water molecular lubricating film at the slip interface during water lubrication, which reduces the friction between the interfaces significantly. Under the condition of high humidity, Si _ 3N _ 4 forms different grinding spots. With the increase of relative humidity, the diameter of grinding spot on grinding ball increases gradually, and the largest spot is obtained at the humidity level of 85%. However, under the condition of water lubrication, the minimum wear spot is obtained.) the passivation effect of the chemical hanging bond affects the covalent interaction between the slip interfaces. Different humidity conditions correspond to different running periods of different lengths, and the longer running time is to ensure good continuity and uniformity. The direct cause of stable carbon transfer membranes. The formation of a continuous carbon transfer film between slip interfaces is the main reason for the ultra-low friction coefficient of PCD during the steady-state period. Under the condition of 55%-85%RH, the oxidation wear degree of Si3N4 is controlled by different Si-N/Si-OH Si-O Si-OH / Si-O.
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ163

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本文編號(hào)：1823633