聚晶金剛石是一種廣泛應(yīng)用的超硬鉆具材料,以其低摩擦系數(shù)、耐磨損、超高硬度、良好韌性等優(yōu)異性能,在如超深部、外太空等非常規(guī)能源勘探領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。在實(shí)際工程應(yīng)用中,聚晶金剛石工具需面臨各種惡劣工況環(huán)境,不可避免的會(huì)產(chǎn)生劇烈摩擦磨損,甚至引發(fā)工件的失效。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研可知,濕度、氣氛和真空環(huán)境因素對(duì)聚晶金剛石的摩擦磨損具有較大的影響。本文通過調(diào)控聚晶金剛石材料不同界面條件（微納米碳材料、濕度、交變氛圍、真空度）,探究聚晶金剛石與氮化硅材料的摩擦磨損機(jī)制。研究結(jié)果表明:（1）不同微納米碳材料/相對(duì)濕度復(fù)合條件,聚晶金剛石復(fù)合片對(duì)磨氮化硅球在5%和40%相對(duì)濕度條件下時(shí)不同微納米碳材料與空白對(duì)照組的摩擦系數(shù)區(qū)別很小,摩擦系數(shù)分別穩(wěn)定在約0.05和0.11;10%³0%相對(duì)濕度時(shí)在界面間添加洋蔥碳后摩擦系數(shù)分別約為0.043、0.058和0.085,摩擦系數(shù)降低幅度最大,可降低至未添加洋蔥碳時(shí)二分之一。各濕度下不同微納米碳材料均可起到降低聚晶金剛石磨損率的作用。在界面間添加洋蔥碳后為對(duì)磨副提供了大量碳源,在對(duì)磨界面形成較厚的碳質(zhì)轉(zhuǎn)移膜的同時(shí),洋蔥碳顆粒也在界面間起到... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

金剛石的晶胞空間結(jié)構(gòu)和原子排布（馮士光，2005）

如圖1-2 為聚晶金剛石復(fù)合片的加工工藝流程圖。該材料具有金剛石的耐磨性和強(qiáng)度以及硬質(zhì)合金基體材料的韌性和可焊接性，是一種優(yōu)良的切削工具與耐磨材料，廣泛地應(yīng)用于機(jī)械加工工具、石油與地質(zhì)鉆頭、砂輪修整工具等領(lǐng)域（陳石林，2004）。PDC 自 20 世紀(jì) 70 年代初研制成功以來, 國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了廣泛、深入的研究。隨著 PDC 材料的研究發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)迅速擴(kuò)展，在采礦勘探、機(jī)械加工、航空航天、光電科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛使用。圖 1-2 聚晶金剛石復(fù)合片的加工流程Fig. 1-2 Processing process of polycrystalline diamond compact1.3 微納米碳材料的宏觀摩擦性能隨著機(jī)械加工、航空航天、地質(zhì)鉆探等行業(yè)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械零件也常常應(yīng)用在各種復(fù)雜嚴(yán)苛的工況中，承擔(dān)著越來越重要的任務(wù)。然而在機(jī)械的工作過程中，會(huì)不可避免的發(fā)生摩擦。如果不加以保護(hù)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器零件的磨損，出現(xiàn)振動(dòng)噪聲，增大材料的消耗，影響機(jī)器的精度和使用壽命，甚至直接導(dǎo)致機(jī)器損壞。通過在摩擦界面間添加或生成微納米碳材料是改善摩擦副的摩擦狀態(tài)以降低摩擦阻力減緩磨損的一種技術(shù)措施。Scharf 等人（Scharf T W，2013）提供了廣泛使用的微納米碳材料的宏觀摩擦學(xué)性能，如表 1-1 所示。Ewen 等人（Ewen，2016）模擬了碳納米材料在摩擦界面間的作用機(jī)理，包括

沉積方法 涂層厚度（μm）典型摩擦系數(shù) 磨損/摩蒸發(fā)熱解0.2-5 干燥：0.5-0.6;潮濕：0.1-0.2層間剪切濺射（RF 和 DC），PECVD1-3 干燥：0.001-0.05;潮濕：0.2-0.3終端氫具惰性和激光脈沖陰極電弧離子鍍0.01–1 干燥：0.7;潮濕：0.1摩擦化學(xué)原子表面MPCVDHFCVD0.5–1.5 干燥：0.05-0.13;潮濕：0.007-0.1摩擦化H+，O2-，氧CVD機(jī)械剝離0.001–0.002干燥：0.15-0.2;潮濕：0.15-0.2層間摩擦腐

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高質(zhì)量類金剛石薄膜的制備與性能分析[J]. 王濤,劉磊,陳果,何小珊,張玲,何智兵,易勇,杜凱.  原子能科學(xué)技術(shù). 2017(06)
[2]類金剛石膜研究進(jìn)展[J]. 陳青云,施凱敏,蘇敏華,呂會(huì)議,羅瑜,曾陳.  材料工程. 2017(03)
[3]納米碳材料摩擦學(xué)應(yīng)用的最新進(jìn)展和未來展望[J]. 薛勇,楊保平,張斌,張俊彥.  材料導(dǎo)報(bào). 2017(05)
[4]我國超硬材料的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 方嘯虎,溫簡杰,崔祥仁,楊燁.  超硬材料工程. 2011(05)
[5]粘結(jié)劑鈷對(duì)于聚晶金剛石復(fù)合片熱穩(wěn)定性的作用機(jī)制[J]. 汪冰峰,王斯琰,唐治,程麗乾.  礦冶工程. 2009(05)
[6]超硬材料揭秘[J]. 馮士光.  工具技術(shù). 2005(05)
[7]固體潤滑劑在切削加工潤滑中的應(yīng)用[J]. 曹同坤,鄧建新.  工具技術(shù). 2004(09)
[8]聚晶金剛石復(fù)合體的研究進(jìn)展[J]. 陳石林,彭振斌,陳啟武.  礦冶工程. 2004(02)
[9]粗粒金剛石的生長及熱力學(xué)條件的確定[J]. 林銘西,李英華.  高壓物理學(xué)報(bào). 1994(01)

碩士論文
[1]聚晶金剛石復(fù)合片熱損傷機(jī)制及其摩擦學(xué)性能研究[D]. 李建生.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2016
[2]聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）顯微結(jié)構(gòu)與性能研究[D]. 陳晶晶.武漢理工大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3388181