發(fā)布時(shí)間：2017-10-21 16:38

  本文關(guān)鍵詞：添加鎳硼包覆氟化鈣復(fù)合粉體的氧化鋁基自潤滑陶瓷刀具的研制

  更多相關(guān)文章： 超聲波化學(xué)鍍Ni-B 固體潤滑劑 自潤滑陶瓷刀具力學(xué)性能 切削性能

【摘要】：為對自潤滑陶瓷刀具進(jìn)行更深入的研究,本文以固體潤滑劑對陶瓷刀具材料的力學(xué)性能的影響為切入點(diǎn),針對固體潤滑劑較低的力學(xué)性能缺陷,以及自潤滑陶瓷刀具在應(yīng)用中所存在的減磨性與耐磨性不能合理兼顧難題,提出將表面包覆技術(shù)應(yīng)用到自潤滑陶瓷刀具的制備中,即通過超聲波化學(xué)鍍方法將合金Ni-B包覆在CaF_2顆粒表面,形成外層具有金屬特性,內(nèi)層具有潤滑特性的復(fù)合粉體。研究將其添加進(jìn)陶瓷基體中,通過真空熱壓燒結(jié)工藝制備出自潤滑陶瓷刀具材料Al_2O_3/TiB_2/CaF_2@Ni-B,在保證自潤滑陶瓷刀具材料的自潤滑性能的同時(shí)也提高了刀具材料力學(xué)性能。研究通過超聲波化學(xué)鍍法制備了合金Ni-B包覆CaF_2復(fù)合粉體,分析了各成分的濃度、溫度、攪拌速率及pH對鍍速以及增重率的影響,并通過實(shí)驗(yàn)得出了最佳的包覆工藝。優(yōu)化后NiSO_4濃度18 g/L、NaBH_4濃度1.3 g/L、乙二胺濃度60 mL/L及穩(wěn)定劑濃度為1 mg/L,酸堿度取14,攪拌速率設(shè)定為45 r/min,鍍液溫度控制在65~75℃。包覆后的CaF_2復(fù)合粉體外觀致密,無明顯尖角,且不含其他雜質(zhì)元素。利用真空熱壓燒結(jié)工藝制備了自潤滑陶瓷刀具材料。研究將10vol%CaF_2@Ni-B與直接添加10 vol%CaF_2的Al_2O_3/TiB_2/CaF_2的陶瓷刀具材料進(jìn)行力學(xué)性能對比分析,表明包覆型陶瓷材料的力學(xué)性能有所提高,硬度提高了2%,斷裂韌性提高了27%,抗彎強(qiáng)度提高了7%。研究CaF_2@Ni-B的添加量對自潤滑陶瓷刀具力學(xué)性能的影響,表明當(dāng)10%的CaF_2@Ni-B的體積含量時(shí),材料力學(xué)性能最好,硬度,韌性及強(qiáng)度分別為16.2GPa,8.2MPa·m1/2及495MPa。同時(shí)研究了燒結(jié)工藝對自潤滑陶瓷刀具材料的力學(xué)性能的影響,表明當(dāng)燒結(jié)溫度為1700℃,保溫時(shí)間為15min時(shí),材料的綜合力學(xué)性能達(dá)到最好。研究選取力學(xué)性能較好的5 vol%和10 vol%CaF_2@Ni-B的陶瓷刀具材料以制備自潤滑陶瓷刀具,分別以干切削的形式在不同的切削參數(shù)下切削45鋼。結(jié)果表明:切削速度的增加,刀具的后刀面磨損加快,陶瓷刀具的有效切削距離不斷減少,其中AB陶瓷刀具的切削距離要優(yōu)于ABF@5的切削距離。切削速度的增加,工件的表面質(zhì)量也不斷提高,其中ABF@5陶瓷刀具切削工件的表面質(zhì)量要優(yōu)于AB陶瓷刀具。表明加入CaF_2@Ni-B的自潤滑陶瓷刀具的切削效果在加工工件表面質(zhì)量方面要優(yōu)于AB陶瓷刀具。兩種刀具后刀面的磨損形式均存在磨粒磨損與粘結(jié)磨損,同時(shí)也存在著邊界磨損。由于ABF@10自潤滑陶瓷刀具中的含有固體潤滑劑CaF_2,保證刀具磨損相對于AB與ABF@5而言不劇烈。研究對比分析了ABF10與ABF@10兩種自潤滑陶瓷刀具材料在切削45鋼時(shí)的切削性能。表明隨著切削速度的提高,兩種刀具的有效切削距離不斷下降,其中ABF@10的有效切削距離要優(yōu)于ABF10的切削距離。表明添加CaF_2@Ni-B復(fù)合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的耐磨性要比直接添加CaF_2的自潤滑陶瓷刀具材料的耐磨性好。研究發(fā)現(xiàn)隨著切削速度的不斷提高,兩種刀具材料所加工工件的表面質(zhì)量不斷提高,均表現(xiàn)良好。實(shí)驗(yàn)研究了4種陶瓷刀具之間的切削力與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)隨著固體潤滑劑的加入,自潤滑陶瓷刀具的切削力降低,其中主切削力與徑向力下降明顯。當(dāng)CaF_2@Ni-B的含量為10%時(shí),陶瓷刀具的摩擦系數(shù)最小,包覆型與未包覆型的兩種刀具的切削力與摩擦系數(shù)相差不大。
【關(guān)鍵詞】：超聲波化學(xué)鍍Ni-B 固體潤滑劑 自潤滑陶瓷刀具力學(xué)性能 切削性能
【學(xué)位授予單位】：齊魯工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG711
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 自潤滑陶瓷刀具材料的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.1.1 實(shí)現(xiàn)陶瓷刀具材料的自潤滑性能的主要方式12-14
• 1.1.2 常用的固體潤滑劑及其主要性能14-15
• 1.2 核殼結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 固體潤滑劑與化學(xué)鍍的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 化學(xué)鍍法制備金屬包覆固體潤滑劑17
• 1.3.2 金屬與固體潤滑劑之間的潤濕性17-18
• 1.4 化學(xué)鍍法制備金屬包覆固體潤滑劑的鍍液組成與研究方向18-20
• 1.4.1 化學(xué)鍍法制備金屬包覆固體潤滑劑的鍍液組成18-19
• 1.4.2 化學(xué)鍍法制備金屬包覆固體潤滑劑的研究方向19-20
• 1.5 本課題的研究目的、意義及主要內(nèi)容20-22
• 1.5.1 本課題的研究目的及意義20
• 1.5.2 本課題的研究主要內(nèi)容20-22
• 第2章 超聲波輔助化學(xué)鍍法制備Ni-B包覆CaF_2粉體22-34
• 2.1 固體潤滑劑與包覆材料的選用22
• 2.2 CaF_2@Ni-B復(fù)合粉體的制備與表征22-27
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器選擇22-23
• 2.2.2 CaF_2@Ni-B復(fù)合粉體的包覆工藝分析及預(yù)處理23-27
• 2.2.3 超聲波化學(xué)鍍Ni-B包覆CaF_2粉體流程27
• 2.3 工藝參數(shù)對超聲波化學(xué)鍍的影響27-30
• 2.3.1 鍍液中主鹽濃度對超聲波化學(xué)鍍的影響27-28
• 2.3.2 硼氫化鈉含量對增重率的影響28
• 2.3.3 絡(luò)合劑乙二胺的影響28-29
• 2.3.4 施鍍溫度的影響29
• 2.3.5 酸堿度值的影響29
• 2.3.6 超聲攪拌的影響29-30
• 2.3.7 CaF_2粉末加入量對增重與穩(wěn)定性的影響30
• 2.4 CaF_2@Ni-B復(fù)合粉體微觀方面的形貌及鍍層成分的影響30-32
• 2.4.1 CaF_2@Ni-B復(fù)合粉體的微觀形貌影響30-31
• 2.4.2 超聲波化學(xué)鍍鍍層成分測試31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第3章 包覆型自潤滑陶瓷刀具材料的制備及表征34-54
• 3.1 包覆型自潤滑陶瓷刀具材料的組成分析34-35
• 3.2 自潤滑陶瓷刀具材料的制備流程35-37
• 3.2.1 陶瓷刀具材料的實(shí)驗(yàn)原料35
• 3.2.2 陶瓷刀具材料的制備工藝35-37
• 3.2.3 ABF粉末的微觀形貌研究37
• 3.3 陶瓷刀具材料的力學(xué)性能測試分析37-41
• 3.3.1 陶瓷刀具材料的測試方法37-39
• 3.3.2 添加包覆與未包覆固體潤滑劑對陶瓷材料的力學(xué)性能的影響39
• 3.3.3 包覆型固體潤滑劑添加量對陶瓷材料的力學(xué)性能的影響39-41
• 3.4 包覆型自潤滑陶瓷刀具材料燒結(jié)工藝研究41-43
• 3.4.1 包覆型自潤滑陶瓷刀具材料燒結(jié)溫度的研究41-42
• 3.4.2 包覆型自潤滑陶瓷刀具材料保溫時(shí)間的研究42-43
• 3.5 包覆型自潤滑陶瓷刀具材料的各相組成情況分析43-44
• 3.6 自潤滑陶瓷刀具材料的形貌研究44-50
• 3.6.1 包覆型自潤滑陶瓷材料能譜測試44-46
• 3.6.2 添加CaF_2@Ni-B含量不同的自潤滑陶瓷表面的斷面形貌分析46-47
• 3.6.3 添加CaF_2@Ni-B含量不同的自潤滑陶瓷刀具表面形貌影響47
• 3.6.4 包覆型自潤滑陶瓷刀具的斷面元素研究47-48
• 3.6.5 不同燒結(jié)溫度下自潤滑陶瓷刀具材料的微觀形貌研究48-49
• 3.6.6 不同保溫時(shí)間下的陶瓷刀具材料的形貌研究49-50
• 3.7 包覆型自潤滑陶瓷材料的裂紋擴(kuò)展形貌分析50-51
• 3.8 本章小結(jié)51-54
• 第4章 包覆型自潤滑陶瓷刀具的切削性能實(shí)驗(yàn)54-70
• 4.1 自潤滑陶瓷刀具的切削實(shí)驗(yàn)54-55
• 4.2 AB與ABF@5切削45鋼分析55-63
• 4.2.1 切削速度對兩種刀具后刀面磨損量的影響55-56
• 4.2.2 切削速度對工件材料表面粗糙度的影響56-59
• 4.2.3 不同背吃刀量對兩種刀具后刀面磨損量的分析59-61
• 4.2.4 不同進(jìn)給量對兩種刀具材料后刀面磨損量及表面粗糙度的影響61-63
• 4.2.5 兩種陶瓷刀具的磨損機(jī)理63
• 4.3 ABF10與ABF@10切削45鋼分析63-67
• 4.3.1 切削速度對兩種刀具后刀面磨損量的影響63-64
• 4.3.2 切削速度對材料表面粗糙度的影響64-65
• 4.3.3 包覆型刀具磨損機(jī)理及元素含量分析65-66
• 4.3.4 包覆型自潤滑陶瓷刀具對切削力及摩擦系數(shù)的影響66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-70
• 第5章 結(jié)論與展望70-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80-82
• 在學(xué)期間主要科研成果82

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