纳米结构A12O3／13TiO2涂层精密磨削的材料去除机理的研究

应用扫描电镜对纳米结构Al2O3／13TiO2(n—Al2O3／13TiO2)涂层精密磨削后的表面／亚表面形貌进行观察和分析，结合对n—Al2O3／13TiO2精密磨削的单颗磨粒磨削力、磨削力分力比和比磨削能的磨削实验结果的分析，揭示了n—Al2O3／13TiO2涂层精密磨削的材料去除机理。研究表明，在大多数磨削条件下，n—Al2O3／13TiO2陶瓷涂层磨削的材料去除机理主要是以材料碎裂和材料压碎等脆性去除方式为主，同时也存在一定的材料粉末化以及极少的显微塑性变形等方式。研究结论对纳米结构陶瓷涂层的工业化应用具有重要的理论和实用价值。     

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。     

纳米陶瓷涂层磨削表面残余应力的研究进展

纳米陶瓷涂层材料具有高硬度和高耐磨性,采用超硬磨料的金刚石砂轮磨削是其最主要的加工方法,在磨削时容易出现表面残余应力而导致表面裂纹.目前,国外在纳米结构陶瓷涂层磨削表面残余应力的研究很少,我国正在对纳米陶瓷涂层材料超精密磨削后表面残余应力方面进行研究.介绍了纳米结构陶瓷涂层的研究背景,阐述了纳米结构陶瓷喷涂材料性能特点,分析了纳米结构陶瓷涂层的磨削研究动态和磨削表面残余应力的研究现状.分析研究表明,纳米结构陶瓷涂层的开发与研究将会受到越来越广泛的重视,其后续研究将是下一步的工作重点.     

纳米ZrO2陶瓷的超声振动延性域磨削特性研究

本文分析了纳米ZrO2陶瓷在普通和超声磨削状态下的裂纹扩展过程及延性去除机理;通过对不同磨削状态的磨削力及AFM和SEM对表面质量的观察,做了在普通和超声磨削状态下的对比试验,研究了临界延性磨削深度对磨削力及表面质量的影响关系;基于超声振动磨削过程及磨削力的分析,讨论了超声振动增加延性磨削深度的原因,最后通过AFM对延性域加工表面形貌的形成机理进行了观察。研究表明：超声加工能明显提高纳米ZrO2陶瓷的临界延性磨削深度,振动方向垂直于砂轮线速度方向时,其磨削效果要优于振动方向平行于砂轮速度方向的磨削效果。通过在延性域范围内磨削,超声加工能高效地获得纳米加工表面,超精密磨削表面是由不同幅值多种波形叠加的结果。     

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。     

高速电主轴用陶瓷轴承套圈内表面磨削试验研究

采用金刚石砂轮对热等静压氮化硅(HIPSN)陶瓷轴承套圈进行精密磨削试验,通过磨削表面粗糙度和扫描电子显微镜(SEM)照片,分析不同磨削参数对工件磨削表面质量的影响,获得陶瓷轴承套圈内表面精密磨削加工的最佳工艺参数.试验还进行了磨削过程中磨削力的测试和比磨削能的计算,分析了陶瓷材料的去除机理.     

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层的组织结构与抗冲蚀性能

采用等离子喷涂方法分别制备了常规和纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层,用扫描电子显微镜分析了涂层的显微结构,并对涂层进行了抗冲蚀试验。结果表明:常规陶瓷涂层具有典型的片层状结构,但纳米陶瓷涂层片层状结构并不十分明显,且涂层裂纹数量明显减少;纳米陶瓷涂层中的显微结构的变化改善了涂层的韧性和结合性能;在冲蚀过程中,常规陶瓷涂层表面剥落严重,而纳米陶瓷涂层的冲蚀质量损失较小,抗冲蚀性能比常规陶瓷涂层提高了30%左右。     

Si_3N_4陶瓷材料的磨削试验研究

通过用树脂结合剂金刚石砂轮对Si3 N4陶瓷进行磨削试验 ,从磨削过程中的磨削力、磨削比能、磨削温度及磨削表面的微观形貌变化等方面 ,综合探讨Si3 N4材料的磨削加工机理。研究结果表明 :Si3 N4在磨削加工中在磨粒切深较大时主要以脆性断裂方式去除 ,其磨削温度与材料去除机理有着密切联系。     

HIPSN轴承套圈内表面磨削力的测试与分析

采用树脂结合剂金刚石砂轮对热等静压氮化硅(HIPSN)陶瓷轴承套圈的内表面磨削,通过磨削力的测定以及磨削力比和比磨削能的计算,分析陶瓷材料的去除机理.该试验中陶瓷材料的去除机理以脆性去除为主并伴随有塑性去除;减小径向进给速度、提高工件转速可以增加切向磨削力,增加塑性去除,改善磨削表面质量.     

单颗磨粒超声辅助磨削SiC陶瓷材料去除机理

为研究不同磨削速度下超声振动作用对SiC陶瓷磨削过程中材料去除机理的影响,采用钎焊单颗金刚石磨粒工具,基于连续变磨削深度试验方法,在SiC陶瓷抛光表面开展了超声辅助磨削与普通磨削对比试验。结果表明,随着单颗磨粒磨削深度的逐渐增大,SiC陶瓷超声辅助磨削与普通磨削时的材料去除机理均经历了“塑性去除→脆-塑转变→大尺寸脆性断裂”的变化;在磨削速度为1 m/s时,相比于普通磨削,单颗磨粒超声辅助磨削可显著增大SiC陶瓷的脆-塑转变临界切厚及相应的磨削划痕横截面积,并减小切向磨削力与磨削比能;而随着磨削速度的增大,超声辅助磨削与普通磨削在单颗磨粒磨削划痕尺寸、磨削力之间的差异逐渐减弱。     

Al2O3单晶镜片精密磨削加工工艺研究

分析硬脆性材料磨削的特点与难点,介绍目前精密磨削硬脆性材料的三种常用加工技术。通过研究实现硬脆性材料精密磨削条件,结合Al2O3精密磨削试验,提出大尺寸Al2O3单晶镜片精密磨削的加工工艺参数和方法。     

工程陶瓷超高速磨削过程的动力学特性分析

在设计转速为314 m/s的超高速磨削试验台上, 比较研究了氧化锆和氧化铝材料在不同磨削条件下的磨削过程,得到了如下主要研究结果:(1)不能单以振动强度大小判断磨削过程的稳定性和工件表面磨削质量的优劣,而需要结合陶瓷材料力学性能、材料去除机理、砂轮磨粒和接触刚度等因素综合考虑;(2)磨削过程可激发机床的高阶固有频率模态振动;该振动频率远高于主轴转动频率,且与主轴转频无明显的倍速关系;(3)在较低速度时,由于磨削粘性及电动机低速转矩特性原因,磨削过程可能不稳定,从而导致工件表面质量下降;随着砂轮线速度的增加,强迫振动占主导地位,但由于砂轮动平衡精度高,实际振幅小,磨削过程稳定,工件表面质量反而提高;当磨削速度进一步提高时,受机床结构刚度的限制,工件表面质量又呈下降趋势.     

纳米表面工程与摩擦学

利用表面工程技术解决摩擦磨损问题具有高效、实用等特点。随着科学技术的迅速发展，纳米材料和纳米技术在表面工程中得到了广泛应用，由此出现了“纳米表面工程”。利用纳米表面工程技术制备的涂层和镀层有着非常优异的摩擦学性能。本文叙述了作者近年来的有关工作，包括热喷涂纳米陶瓷涂层、热喷涂纳米自润滑涂层、纳米陶瓷／聚合物复合涂层、纳米复合电镀层以及纳米电泳沉积层的摩擦磨损特性和机制。     

水润滑下Al2O3 、Al2O3+13%TiO2等离子喷涂层的摩擦磨损特性

针对纯水液压元件摩擦副实际工况，研究了水润滑状态下Al2O3和Al2O3 13%TiO2等离子喷涂试环分别与整体烧结Al2O3块之间的摩擦磨损特性，考察了摩擦系数及试环磨损量随时间的变化，利用扫描电子显微镜（SEM）观察了磨痕的表面形貌，利用X射线能量色散谱仪分析了磨痕表面的元素组成。研究结果表明：水润滑条件下两种摩擦副的磨损机理主要是脆性断裂、微切削与腐蚀磨损；摩擦副Al2O3环/整体烧结Al2O3块的摩擦学性能优于Al2O3 13%TiO2/Al2O3块，它们更适合作为纯水液压元件的摩擦副材料。     

热喷涂A1_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层滑动磨损特性研究

本文利用环块磨损试验机在不同载荷下对热喷涂Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层的滑动磨损特性进行了研究,结果表明热喷涂Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层干摩擦和水润滑时的磨损量均随载荷的增加而增大.利用扫描电镜观察了磨损表面形貌并用能谱分析了磨损表面成分,结果表明干摩擦情况下在低载和高载时其磨损机理有所不同:低载时主要为钢轮对涂层的涂抹及陶瓷涂层的剥落,高载时主要为陶瓷涂层的断裂剥落;水润滑情况下的磨损机理与低载干摩擦时相类似,主要为涂抹及剥落.     

非电参数对非导电工程陶瓷电火花磨削效果的影响

开发了一种新的非导电工程陶瓷电火花磨削工艺,对不导电的A1203工程陶瓷进行了加工实验研究,给出了一些非电参数对材料去除率和工件表面粗糙度的影响规律,并进行了理论分析.结果表明,非电参数在该加工工艺中起到举足轻重的作用,设置合理可以大大提高材料去除率,并能改善工件表面质量.     

超细氧化铝表面改性及其抛光特性

在化学机械抛光（CMP）中,为了提高氧化铝磨料分散稳定性和防止团聚,利用丙烯酰氯对超细氧化铝进行了表面改性,并用XPS、激光粒度仪、SEM对其进行表征,结果表明改性后的超细氧化铝分散性明显提高。研究了改性后超细氧化铝在数字光盘玻璃基片中的化学机械抛光特性,即外加压力、抛光时间和下盘转速对玻璃基片去除量的影响,并对其CMP机制进行了推断。结果表明,材料去除量随下盘转速、压力变化趋势相近,即随着压力的增加或下盘转速的提高,材料去除量先增大后减小;随抛光时间延长,抛光初期材料去除量增加较快,但在后段时间内去除量增加趋势趋于平缓。     

溶胶—凝胶法制备Al_2O_3涂层对工程陶瓷表面改性的研究

利用溶胶—凝胶法在SG4工程陶瓷基体上成功制备了Al2 O3 涂层 ;利用差热分析 (DTA)方法对Al2 O3凝胶粉末的热处理过程进行了研究。对线切割、粗磨、精磨、Al2 O3 一次溶胶涂层和Al2 O3 二次溶胶涂层试样的抗弯强度进行了比较 ,并通过观察Al2 O3 一次溶胶涂层和Al2 O3 二次溶胶涂层试样表面和断面的SEM形貌 ,初步分析了表面改性的原因。分析结果表明 :溶胶涂层弥合基体表面微裂纹是提高抗弯强度的根本原因 ;Al2 O3 溶胶二次涂层试样表面质量好于一次涂层试样 ,可以更好地弥合基体表面微裂纹 ,使基体的抗弯强度更高。因此溶胶—凝胶法是陶瓷表面改性的一种有效方法。     

镁铝尖晶石的塑性域磨削

为了避免和减小镁铝尖晶石在研磨工艺中产生的亚表面损伤,研究了合理控制磨削参数,实现镁铝尖晶石塑性域磨削的方法。分析了镁铝尖晶石的脆塑转变机理,采用不同尺寸规格的金刚石砂轮磨粒和改变砂轮进给量等参数进行了大量实验,探索了镁铝尖晶石的塑性磨削条件及影响因素,实现了镁铝尖晶石的塑性域高精度磨削。采用VG401MKⅡ型超精密磨床和3000#金刚石砂轮,设定砂轮速度为20m/s,工件速度为0.3m/s,进给量为0.5~3μm/r进行了磨削实验。结果显示:当金刚石砂轮磨粒的平均尺寸小于8μm时可以实现镁铝尖晶石的塑性磨削,其表面粗糙度Ra可以达到2.291nm,透光率可提高17%。研究结果表明,砂轮的平均磨粒尺寸和砂轮进给量对镁铝尖晶石材料的表面加工质量影响很大,该结果为研究磨削高质量镁铝尖晶石表面提供了依据。     

Grinding of Ceramic Coatings with Cast Iron Bond Diamond Wheels. A Comparative Study: ELID and Rotary Dresser

Ceramic coatings, including chemical vapour deposited silicon carbide (CVD-SiC), plasma spray deposited aluminium oxide (PSD-Al2 O3 ), plasma spray deposited chromium oxide (PSD-Cr2O3), etc., have some special structural, physical, and mechanical properties. The precision and efficient machining of these ceramic coatings to the required quality has not yet been well established. In this paper, a comparative study was conducted to investigate the special aspects in the grinding of these ceramic coatings using the ELID method or the rotary dressing method. The stability of surface roughness, effects of material properties on the grinding results, and microscopic analysis of ground ceramic coatings by both methods were also analysed in detail.