金刚石/Ti热压扩散过程的分子动力学模拟

目的 应用分子动力学模拟金刚石与Ti在热压扩散过程中的界面原子扩散和TiC生成过程。方法 采用改进型嵌入原子势函数(MEAM)描述Ti、C和Ti—C之间的相互作用,将模拟过程分为弛豫、热压和保温3个阶段,模拟出金刚石与Ti界面间的原子扩散带厚度、原子扩散速度和TiC的成键过程。为了验证分子动力学模拟结果,进行了聚晶金刚石与钛箔的热压扩散试验,在聚晶金刚石表面制备了Ti涂层。利用扫描电子显微镜观察聚晶金刚石与Ti涂层之间的界面,并进行EDS分析。利用X射线衍射仪分析聚晶金刚石与Ti界面的物相组成。结果 模拟结果显示,在弛豫、热压和保温3个阶段,金刚石与Ti之间的扩散带厚度分别为0.870 9、0.888 9、2.056 5 nm,从弛豫到热压阶段,扩散带厚度增加了2.07%,从热压到保温阶段,扩散带厚度增加了131.35%;C原子均方位移曲线斜率为1.877 4×10^?5,Ti原子的均方位移曲线斜率为1.016 7×10^?5,C原子的均方位移的斜率比Ti原子的均方位移的斜率快84.66%;在弛豫20 ps后,C原子的游离键靠近Ti原子,在100 ps的热压过程中,C原子和Ti原子之间形成少量的Ti—C键,在500 ps的保温过程中,在界面间生成大量的Ti—C键。聚晶金刚石与Ti结合紧密、平整,用EDS测试出聚晶金刚石与Ti界面间的扩散带厚度为5.7 μm,在聚晶金刚石与Ti界面的XRD图谱测到了TiC衍射峰。结论 在金刚石与Ti的热压扩散过程中,C和Ti原子之间存在明显的原子扩散现象,形成了具有一定厚度的扩散带。在金刚石与Ti的界面区域的原子扩散中,C原子的扩散能力和扩散速度大于Ti原子,并在扩散界面内生成了Ti—C键,金刚石与Ti之间形成了化学结合,有助于提高金刚石表面与Ti涂层的结合强度。     

医疗钻头结构对生物骨钻削温度影响的试验研究

医疗钻头钻削时,钻削温度过高会导致生物骨热损伤,需要避免。为了研究医疗钻头结构对生物骨钻削温度的影响,选取普通医疗钻头、阶梯医疗钻头、微织构医疗钻头进行钻削试验。利用红外测温仪记录钻削过程中生物骨钻削温度的变化,试验结果表明,普通医疗钻头钻削时生物骨钻削温度最高,微织构医疗钻头次之,阶梯医疗钻头最低。     

浸植物油激光凹坑填充试件表面的摩擦磨损性能

为研究浸植物油激光凹坑填充PI/5%PTFE 45钢表面的摩擦磨损性能,采用激光焊接机在45钢试件表面制备凹坑织构,将PI、PTFE混合粉末填充至凹坑内,选用蓖麻油、大豆油、玉米油浸渍凹坑填充试件,制得浸植物油凹坑填充试件,并进行销盘式摩擦磨损试验,通过观察磨损表面,测量表面磨痕宽度和深度及摩擦系数、磨损量、表面微观形貌表征浸油凹坑填充试件表面的摩擦磨损性能。结果表明：与凹坑填充试件相比,浸植物油凹坑填充试件的摩擦学性能更好;与浸玉米油和浸大豆油凹坑填充试件相比,浸蓖麻油凹坑填充试件表面的磨损量分别降低了94.12%、85.29%,表面磨损最轻微;与大豆油和玉米油相比,蓖麻油的黏度、饱和脂肪酸比例最高,而且蓖麻油酸存在2个极性基团,蓖麻油的上述特点提高了浸蓖麻油试件表面的抗磨和承载能力,因此浸蓖麻油试件表面呈现出较好的摩擦学性能。     

金刚石与钛的原子热压扩散行为的分子动力学模拟

应用分子动力学方法模拟了金刚石与钛在热压扩散过程中的原子扩散行为,模拟了不同扩散温度下金刚石与钛界面的原子扩散过程,得到了界面的原子浓度分布、扩散速度以及模拟扩散系数值;采用热压扩散法在金刚石表面镀覆钛层并测量界面的扩散带宽度。研究结果表明：在热压扩散过程中C原子的扩散速度大于Ti原子;随着扩散温度的升高,原子存在低速和快速两个扩散阶段。通过热压扩散的分子动力学模拟对模拟的扩散系数进行数据拟合,能够确定C和Ti原子的扩散因子和扩散激活能,从而简单、有效地确定原子的扩散系数计算公式。金刚石与钛扩散带宽度的计算值与实测值相近,应用分子动力学方法获得的原子扩散系数公式是可行的。     

烧结方法对MoS2填充激光凹坑织构表面摩擦磨损性能的影响

在45钢试件表面激光加工出凹坑织构,并且采用常压、保压烧结方法制备出MoS2填充凹坑织构试件.通过销盘式摩擦磨损实验对比了两种试件表面的摩擦磨损性能,观察了填充表面、磨损表面、对摩球表面,测量了 MoS2的脱落面积、磨痕截面面积及对摩球磨损体积.实验结果表明,与常压烧结方法相比,保压烧结方法使试件表面的未填充率降低了 ...     

用感应加热摩擦法在屏蔽金刚石表面涂覆Ti涂层

提出一种在金刚石表面制备Ti涂层的新方法，将感应加热到一定温度的Ti棒，在电磁屏蔽保护下的聚晶金刚石表面以旋转挤压的方式进行摩擦涂覆，实现了金刚石表面的金属化。通过红外测温仪测试聚晶金刚石表面温度，利用扫描电子显微镜观察Ti涂层的界面形貌、内表面形貌以及聚晶金刚石/硬质合金之间的界面形貌，采用X射线衍射仪检测Ti涂层内表面物相组成，通过能谱分析仪对Ti涂层界面和内表面进行元素分析。研究结果发现:高温Ti棒与聚晶金刚石表面进行摩擦涂覆，在聚晶金刚石与Ti涂层界面处发生了C、Ti元素的相互扩散，且在界面处产生有点状碳化物TiC。将聚晶金刚石置于具有电磁屏蔽的装置中，可有效避免聚晶金刚石/硬质合金界面处的热损伤。Ti涂层的形成过程可分为三个阶段:新鲜表面相互接触、初始扩散、扩散带形成。本文提出的感应加热摩擦法工艺简便，能够显著提高涂覆效率，可以有效避免金刚石热损伤。