纳米结构陶瓷涂层材料的磨削损伤研究

摘要

纳米结构陶瓷涂层材料是近年来研制出来的新型工程材料,在工业上有着广阔的应用前景.对这种材料的磨削加工是一个难题.目前在国内对纳米结构陶瓷涂层材料的精密磨削尚缺少深入系统的研究,因此在这方面所进行的研究工作就具有非常现实而重大的意义.该文研究用金刚石砂轮磨削纳米WC/12Co涂层材料的磨削加工损伤,结合压痕断裂力学知识分析材料磨削时中位裂纹和横向裂纹的产生和扩展机理,最终建立起一个适用于纳米结构陶瓷涂层材料磨削加工情况的产生磨削损伤的临界力模型,并通过实验验证了该模型.依据该产生磨削损伤的临界力模型可以定量地判断材料的去除机理.该文的另一个重要内容是通过研究磨削参数对亚表面损伤深度的影响来揭示材料的亚表面损伤与磨削加工中的相关因素,如砂轮的切削深度、工件进给速度、砂轮粒度号、砂轮粘结剂类型等,之间的关系.通过对比研究不同磨削条件下材料的亚表面损伤来逐步展开对该课题的研究,并取得一些有意义的结论:1.在磨削纳米结构陶瓷涂层材料时主要产生两种形式的裂纹,即中位/径向裂纹和横向裂纹;2.依据产生横向裂纹的临界力模型并结合实验结果,发现在所有磨削条件下,纳米WC/12Co涂层磨削表面最明显的特征是塑性流动,在大的单颗磨粒磨削力的条件下也同时伴有少量的脆性断裂.3.随着切削深度和工件进给速度的增大,亚表面损伤深度增大.而砂轮转速对亚表面损伤深度的影响不大.4.砂轮的磨粒尺寸越大,亚表面损伤深度越大.用金属粘结剂砂轮进行磨削产生的损伤深度比相同粒度号的树脂粘结剂砂轮和陶瓷粘结剂砂轮大.而树脂粘结剂砂轮和陶瓷粘结剂砂轮磨削产生的亚表面损伤深度差别不大.砂轮粘结剂类型对亚表面损伤深度的影响远没有砂轮切削深度和工件进给率的影响大.该文通过对纳米WC/12Co涂层材料亚表面损伤的研究,从中得出规律可以用来对纳米结构陶瓷材料的精密磨削进行指导,并对加工过程进行预报.通过研究最终建立了纳米结构陶瓷涂层材料的亚表面损伤深度和单颗磨粒的磨削深度之间的关系模型.

目录

文摘

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第1章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究概况

1.3研究目的、内容

1.3.1研究目的

1.3.2主要研究内容

1.4研究方法

第2章纳米涂层材料的制备

2.1纳米表面工程的研究背景

2.2热喷涂技术简介

2.3两种常用的热喷涂技术

2.3.1超音速火焰喷涂

2.3.2超音速等离子喷涂

2.3.3喷涂技术的发展趋势

2.4高速火焰与等离子喷涂纳米WC/Co涂层的性能比较

2.5小结

第3章纳米WC涂层材料的磨削实验研究

3.1实验原材料

3.2实验设备

3.3实验方案设计

3.4分析和测试方法

3.4.1测力仪及其测试分析软件

3.4.2扫描电子显微镜观察

3.4.3原子力显微镜观察

3.4.4表面粗糙度测量

3.5小结

第4章产生WC/12Co纳米涂层亚表面磨削损伤产生的临界力条件模型的研究

4.1引言

4.2硬脆材料的“压痕断裂力学”模型及非弹性区、宏观裂纹形成机理

4.3横向裂纹

4.3.1产生横向裂纹的临界磨削力模型的建立

4.3.2横向裂纹临界力模型的实验验证

4.4中位/径向裂纹

4.4.1产生中位裂纹的临界磨削力模型的建立

4.4.2中位裂纹临界力模型的实验验证

4.5小结

第5章WC纳米涂层材料的亚表面损伤深度模型的研究

5.1引言

5.2实验步骤

5.3亚表面损伤深度模型的建立

5.4实验验证及分析

5.4.1切削深度和工件进给率对亚表面损伤深度的影响

5.4.2砂轮粒度号对亚表面损伤深度的影

5.4.3砂轮粘结剂类型对亚表面损伤深度的影响

5.5小结

结论

参考文献

致谢

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附录B磨削力数据处理的Matlab程序