陶瓷磨削材料去除机理的研究进展

磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法，为了开发新的高效、低成本、低损伤加工陶瓷的方法，需要更深入地揭示其加工机理。介绍了陶瓷磨削的材料去除机理方面的研究进展，就其进行了一定的讨论，并得出相关的结论。     

高温结构陶瓷的磨削去除机理及磨削加工技术

根据高温结构陶瓷材料的特点 ,主要论述了该材料的磨削去除机理及其磨削加工技术 ,介绍了高温结构陶瓷材料的ELID磨削、延性域磨削、超声波磨削、超高速磨削、“一次行程”镜面磨削等先进磨削技术。     

显微结构对Y-TZP/Al2O3复合陶瓷磨料磨损性能的影响

以不同Y2O3加入方式(如化学共沉淀和机械混合)制备的Al2O3增强Y-TZP陶瓷(AZD)为研究对象，研究了显微结构对陶瓷耐磨性的影响。结果表明：化学共沉淀法制备的CYADZ与机械混合的MYADZ的硬度和断裂韧性值相近：CYADZ结构均匀、品粒细小，而由于Y2O3的不均分布，MYADZ结构不均、晶粒相差较大。球磨磨料磨损后，CYADZ复合陶瓷较MYADZ复合陶瓷耐磨性好，宏观力学性能如硬度和断裂韧性对陶瓷材料耐磨性的影响应以显微结构为先决条件。     

3Y-TZP陶瓷在水润滑条件下磨损特性的研究

采用销-盘式摩擦磨损试验机在水润滑条件下对3Y—TZP／（Mg,Y）-PSZ陶瓷摩擦副的磨损性能进行了试验研究。结果表明,3Y—TZP陶瓷的磨损率随着载荷和滑行速度的增加而增大。在低载低速下3Y—TZP陶瓷发生的是微量磨损,其磨损过程相当于抛光;随着载荷与滑动速度的增加,发生的是轻微磨损,相应的磨损机制为塑性变形和微犁削。在高载荷条件下发生了严重磨损,磨损的主要机制是表面断裂。     

纳米ZrO2牙科陶瓷磨削材料去除机理的实验研究

对纳米ZrO2牙科陶瓷磨削中脆性和塑性去除转变的材料去除机理进行了理论分析与实验研究。利用K-P36精密数控平面磨床对3Y-TZP纳米ZrO2牙科陶瓷进行磨削加工实验。用YDM-III99型整体式三向压电磨削测力仪测量三向磨削力,用TALSURF5轮廓仪测量加工后的微观几何参数值,用扫描电镜观察表面微观形貌变化。实验结果表明,未变形磨屑的最大厚度小于1.9μm时为塑性去除方式;未变形磨屑的最大厚度为1.9～2.1μm时开始出现由侧向裂纹引起的脆性断裂去除,为塑性和脆性混合去除方式;未变形磨屑的最大厚度为5.23μm时,加工表面发生了大规模的脆性断裂,并且表面还残留了大量的半硬币形脆性断裂产生的凹坑,为脆性去除方式。     

陶瓷球研磨成型机理的研究

讨论了陶瓷球的成球机理，分析了一种新的研磨加工方法，即采用三块能够独立选择的研磨盘。通过控制研磨盘的转速，调整自旋转角的大小，可在较大的范围内取值，同时对计算机仿真和实验的结果进行了对比。结果表明：该方法结合化学机械抛光(CMP)等先进的抛光工艺，能够有效地提高陶瓷球的加工效率和质量。     

氧化锆陶瓷超声辅助磨削材料去除机理试验研究

为研究超声振动作用对先进陶瓷磨削材料去除机理的影响,文章在超声振动方向垂直于磨削表面条件下,采用钎焊磨头对氧化锆陶瓷开展了超声辅助磨削（ultrasonic assisted grinding,UAG）试验。基于磨削表面微观形貌、磨削力和磨削比能分析,对变磨削深度条件下普通磨削（conventional grinding,CG）与超声辅助磨削的材料去除机理进行了对比。结果表明：当磨削深度低于10μm时,两种方法对应的表面材料去除机理均以塑性去除为主,且普通磨削表面伴有片层状破碎,而超声辅助磨削表面则存在尺寸细小的纹路状微破碎,同时磨削力与磨削比能也较低。当磨削深度超过10μm后,材料去除机理均转变为脆性断裂模式,且加工表面出现微裂纹,但相同条件下超声辅助磨削表面微裂纹尺寸较小。     

Y-TZP/氧化铝(板晶)复相陶瓷的砂浆冲蚀磨损

以带有玻璃涂层的氧化铝微粉、小尺寸板晶(样板晶)和钇稳定四方氧化锆(3Y-TZP)微粉为原料,在常压下通过样板晶生长制备了氧化铝板晶体积分数为50%的Y-TZP/氧化铝(板晶)复相陶瓷。采用砂浆喷射装置,砂浆流速为10~40 m/s,冲击角为90°~15°,对比研究了该复相陶瓷和3Y-TZP陶瓷的砂浆冲蚀磨损。结果表明,2种材料的磨损率在75°~60°之间均出现最大值。磨损率大小受到材料自身硬度的影响,磨损率值随着砂浆流速的增加而增加。     

Al2O3陶瓷阀芯耐磨性的研究

从陶瓷零件副的实际应用出发,采用失重法研究了Al2O3陶瓷的磨损情况,根据磨损结果,分析了陶瓷材料的磨损表面,磨损机理,表明陶瓷的磨损率较低,具有广阔的应用前景。     

新型马氏体耐磨钢的冲击磨料磨损性能

对自行研制的新型ADVANS 450W马氏体耐磨钢分别进行了(900,1 050,1 200)℃×0.5 h油淬+300℃×2 h空冷处理,然后在MLD-10型动载磨料磨损试验机上,在3.5 J冲击能量下分别进行了石英砂和棕刚玉磨料下的冲击磨料磨损试验,并与ZGMn13钢进行了对比;用X射线衍射仪测定了试验前后钢中残余奥氏体含量的变化,用扫描电镜分析了磨损机理。结果表明:在900℃奥氏体化淬回火得到的试验钢能够获得较高的硬度,强韧性匹配较理想,在不同类型磨料下其耐磨性都优于其它处理条件和ZGMn13钢的,磨损试验后磨损面硬度明显提高,且存在一定深度的塑性变形层,钢中的残余奥氏体转变为马氏体;在棕刚玉磨料下,磨损机理以显微切削为主,在石英砂磨料下,磨损机理以塑变疲劳为主。     

干摩擦条件下3Y-TZP/(Mg,Y)-PSZ陶瓷摩擦副的磨损性能的研究

采用销-盘式摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对3Y—TZW(Mg，Y)-PSZ陶瓷摩擦副的磨损性能进行了试验研究。结果表明，3Y-TZP陶瓷的磨损率随着载荷的增加而增大。在低载低速下3Y—TZP陶瓷的主要磨损机制为塑性变形；随着载荷与滑动速度的增加，磨损主要由塑性变形和微断裂造成；在高载高速时，由于对摩偶件(Mg，Y)-PSZ表面的断裂、脱落，形成的磨屑产生磨料磨损对摩擦副表面造成进一步损伤，脆性断裂和磨粒磨损机制是其主要的失效方式。     

陶瓷材料磨损机制及磨损程度评价方法综述

综合分析陶瓷材料摩擦磨损的机制和影响摩擦磨损的各种因素,如表面加工状况、载荷、速度、时间、温度、润滑等。介绍几种陶瓷材料摩擦磨损程度的评定方法,如用量纲一化参数(最大赫兹接触压力、最大表面粗糙度和断裂韧性的函数Sc,硬度、最大表面粗糙度和断裂韧性的函数S*)大小评价磨损程度,用磨损表面的粗糙度Ry与平均粒径Dg的比值评价陶瓷材料磨损程度,用磨损率评价陶瓷材料磨损程度等。以期指导人们进一步认识陶瓷摩擦磨损的本质规律,有目的地调整材料的性能以提高其耐磨性。     

氧化铝陶瓷多粒子冲蚀磨损的数值模拟

采用LS-DYNA有限元分析软件建立多粒子冲蚀氧化铝陶瓷的有限元模型,运用LS-DYNA求解器对冲蚀过程进行仿真,通过观察靶材等效应力的分布分析冲蚀机制。结果表明：靶材体积磨损率随着冲蚀角度的增大而增大,在冲蚀角度达到90°时,体积磨损率达到最大值,表现出典型的脆性材料的冲蚀特性;靶材的体积磨损率随着冲蚀速度的增大而增大,且具有良好的线性增长关系;靶材的体积磨损率整体上随着冲击粒子粒径的增大而增大,但在达到临界尺寸的一段时间内会随着粒径的增大而减小;靶材会吸收粒子的一部分动能转化为自己的内能,但随着粒子冲击结束而离开靶材表面,靶材表面形成微裂纹以及部分单元失效,因此靶材的能量随着单元的失效而减小。     

金属陶瓷硬质涂覆层材料耐磨损性能研究现状

金属陶瓷硬质涂覆层材料是一种具有高耐磨性能的新型覆层材料,许多学者对其耐磨损性能进行了定量和定性研究。定性研究主要是对该材料耐磨损性能的影响因素、磨损失效形式、磨损机理进行试验研究和接触分析。定量研究集中于材料的磨损率及摩擦系数的确定,常用的定量研究方法主要有磨损体积法、磨损失重法、能量法等。文中在对上述研究现状进行综述的基础上指出了目前研究存在的问题以及今后的发展趋势。     

W-Cu耐磨蚀铸铁新材料

Ｗ－Ｃｕ耐磨蚀铸铁具有耐腐蚀与抗磨蚀双重性能,本文介绍了Ｗ－Ｃｕ铸铁新材料的配方、生产工艺、金相组织、耐磨蚀性能及工业试用结果。     

ZrO2/(W,Ti)C陶瓷材料的摩擦磨损性能

用MM-200型摩擦磨损试验机研究了陶瓷材料ZYW35(3Y-TZP (W,Ti)C)和ZYA30(3Y-TZP Al2O3)的磨损特性,并对其磨损机理进行了分析。结果表明：ZYA30和ZYW35两种材料的摩擦因数均随负荷的增加而下降,磨损率均随负荷的增加而增加。两种材料的磨损机理基本相同,低负荷下主要是塑性变形和粘着磨损;较高负荷下主要是塑性变形、分层剥落。相同磨损条件下,ZYA30的耐磨性能比ZYW35好。     

Ni-ZrO_2纳米复合电铸层耐磨性研究

利用SEM分析了纯镍铸层,以及用直流和脉冲工艺所制备N i-ZrO2纳米复合电铸层的表面形貌,研究了直流条件下镀液中纳米颗粒悬浮量对纳米复合电铸层在干摩擦状态下耐磨性的影响,并对纳米复合电铸层磨损表面的形貌和磨损机理进行了探讨。结果表明:纳米复合电铸层的表面形貌不同于纯镍铸层;由于纳米颗粒的强化作用,使纳米复合电铸层表现出优良的耐磨性,并且磨损机理发生了变化;纳米复合电铸层的耐磨性取决于其中纳米颗粒的复合量。     

几种静环的耐磨性和磨损失效分析

通过热压工艺制造了一种颗粒增强青铜基材料作为航天航空液压泵中的静环。对比了其它用于航天航空液压泵上的几种静环(浸铜石墨和填充聚四氟乙烯)对同一种材料(12CrN i3)制成的动环的耐磨性和磨损机制,并对磨损失效进行了分析。结果表明,颗粒增强青铜基材料的耐磨性远优于浸铜石墨和填充聚四氟乙烯,是用于航天航空液压泵静环的有前景的材料。