本文關(guān)鍵詞：超硬聚晶金剛石磨損性能及其應(yīng)用研究

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【摘要】：超硬聚晶金剛石(UHPCD)材料是一種以金剛石微粉和化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石柱為原料在高溫高壓條件下合成的新型超硬材料,對(duì)于這種材料在不同工況下的摩擦學(xué)性能研究可以為其在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。本論文通過(guò)車削花崗巖的方式研究超硬聚晶金剛石材料在鉆探領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)的抗磨性能和磨損機(jī)制,利用CSM摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察了其在微觀領(lǐng)域中的摩擦學(xué)性能,最后針對(duì)性地設(shè)計(jì)了超硬聚晶金剛石鉆頭并研究超硬聚晶金剛石材料在鉆頭實(shí)際生產(chǎn)中的性能表現(xiàn)。研究結(jié)果表明:(1)超硬聚晶金剛石復(fù)合材料和聚晶金剛石(PCD)材料均能有效切削花崗巖,在不同轉(zhuǎn)速測(cè)試條件下,UHPCD的材料均表現(xiàn)出了約為PCD材料一半的磨耗比,即兩倍的耐磨性;超硬聚晶金剛石在車削過(guò)程中會(huì)形成一個(gè)以CVD金剛石為頂,周邊聚晶為支撐的凸臺(tái),而聚晶金剛石的磨損面則會(huì)逐漸貼合花崗巖柱表面,這主要是由于CVD金剛石的硬度高于PCD材料造成。超硬聚晶金剛石在磨削花崗巖的過(guò)程中的材料損失主要是由于疲勞導(dǎo)致的材料的層狀剝落;而聚晶金剛石的材料損失主要是由PCD材料的顆粒剝落所導(dǎo)致的。(2)UHPCD經(jīng)拋光后端面處CVD金剛石和PCD在跨尺度載荷和速度下的摩擦學(xué)性能十分接近;在載荷1×101-1×102μN(yùn)的范圍內(nèi)摩擦系數(shù)高且波動(dòng)大,隨載荷增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),影響摩擦系數(shù)的主要原因是微凸體的互鎖作用;在1×102-1×104μN(yùn)的范圍內(nèi)摩擦系數(shù)相對(duì)較低但存在波動(dòng),影響摩擦系數(shù)的主要原因是表面粗糙度;在1×104-7×106μN(yùn)的范圍內(nèi),摩擦系數(shù)穩(wěn)定且有隨載荷增加而下降的趨勢(shì),這可能是由于載荷的增加客服了粘附力所致。摩擦線速度在10-1000μm/s范圍變化時(shí),UHPCD材料的摩擦系數(shù)波動(dòng)很小。(3)成功設(shè)計(jì)制備了超硬聚晶金剛石鉆頭,并成功應(yīng)用在巖石可鉆性等級(jí)為9-12級(jí)的前陳礦區(qū)中,超硬聚晶金剛石鉆頭對(duì)比相同工藝聚晶金剛石鉆頭壽命至少提升10%;超硬聚晶金剛石使用壽命高于聚晶金剛石鉆頭主要是由于超硬聚晶金剛石的耐磨性要優(yōu)于聚晶金剛石且切削效率高于聚晶金剛石,可以認(rèn)為超硬聚晶金剛石的鉆進(jìn)效率也會(huì)高于聚晶金剛石。
【關(guān)鍵詞】：超硬聚晶金剛石 化學(xué)氣相沉積金剛石 摩擦學(xué)性能 鉆頭
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ163
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-27
• 1.1 超硬材料8-11
• 1.1.1 超硬材料概述8-9
• 1.1.2 人造金剛石材料發(fā)展史9-11
• 1.2 人造金剛石材料研究進(jìn)展與應(yīng)用11-15
• 1.2.1 合成機(jī)理11-15
• 1.2.2 人造金剛石應(yīng)用現(xiàn)狀15
• 1.3 超硬聚晶金剛石15-18
• 1.4 金剛石材料摩擦學(xué)性能研究現(xiàn)狀18-24
• 1.4.1 宏觀下金剛石的摩擦學(xué)性能18-20
• 1.4.2 微納尺度下金剛石的摩擦學(xué)性能20-24
• 1.5 論文選題及主要研究?jī)?nèi)容24-27
• 1.5.1 論文選題依據(jù)24-25
• 1.5.2 實(shí)驗(yàn)方案25-26
• 1.5.3 論文主要研究?jī)?nèi)容26-27
• 第2章 試驗(yàn)設(shè)備及方法27-38
• 2.1 引言27
• 2.2 超硬聚晶金剛石制備27-33
• 2.2.1 材料準(zhǔn)備27-28
• 2.2.2 高溫高壓設(shè)備28-31
• 2.2.3 合成工藝31-32
• 2.2.4 超硬聚晶金剛石鉆頭制備32-33
• 2.3 表征方法33-38
• 2.3.1 力學(xué)性能分析33
• 2.3.2 形貌分析33-35
• 2.3.3 成分和結(jié)構(gòu)分析35-36
• 2.3.4 摩擦學(xué)性能測(cè)試36-38
• 第3章 超硬聚晶金剛石制備及磨損性能38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 形貌分析38
• 3.3 力學(xué)性能38-39
• 3.4 成分與結(jié)構(gòu)39-40
• 3.5 磨損性能分析40-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第4章 超硬聚晶金剛石跨尺度變載荷摩擦學(xué)性能48-56
• 4.1 引言48
• 4.2 超硬材料拋光48-50
• 4.3 摩擦線速度對(duì)超硬聚晶金剛石摩擦學(xué)性能的影響50
• 4.4 跨尺度變載荷對(duì)超硬聚晶金剛石摩擦學(xué)性能的影響50-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 超硬聚晶金剛石鉆頭設(shè)計(jì)制造及其應(yīng)用56-67
• 5.1 引言56
• 5.2 鉆頭設(shè)計(jì)及加工56-61
• 5.2.1 鉆頭參數(shù)設(shè)計(jì)56-61
• 5.2.2 鉆頭制備61
• 5.3 地質(zhì)特征及鉆進(jìn)參數(shù)61-63
• 5.3.1 計(jì)劃實(shí)驗(yàn)地區(qū)地質(zhì)特征61-62
• 5.3.2 設(shè)備機(jī)具及參數(shù)62-63
• 5.4 鉆頭應(yīng)用性能分析63-66
• 5.5 本章小結(jié)66-67
• 第6章 結(jié)論與展望67-69
• 6.1 主要研究結(jié)論67-68
• 6.2 工作展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷76-77
• 碩士期間研究成果77

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王r，

本文編號(hào)：807260