自潤滑陶瓷刀具的設計開發(fā)及其自潤滑機理研究.pdf

1、　　首次提出了自潤滑陶瓷刀具的概念,即：在陶瓷刀具基體內加入固體潤滑劑來改善其摩擦學性能。以Al2O3/TiC陶瓷作為基體,以固體潤滑劑作為添加劑,研制成功了自潤滑陶瓷刀具,并對其設計理論、熱壓工藝、力學性能、微觀結構、摩擦磨損特性、自潤滑機理及切削過程中的減摩機理進行了系統(tǒng)深入的研究。
　　在對刀具切削加工的摩擦特點分析的基礎上,提出了自潤滑陶瓷刀具材料的組成原則,對自潤滑刀具進行了摩擦學設計,建立了自潤滑刀具的減摩模型,當刀具

2、表面形成一層固體潤滑膜時能夠降低摩擦系數,即使自潤滑膜未完全覆蓋摩擦表面也能起到一定的減摩作用。通過對自潤滑刀具材料的物理化學相容性分析計算,確定了固體潤滑劑的極限含量,理論上計算了固體潤滑劑的最佳含量。對自潤滑刀具材料進行了微觀結構設計,指出了自潤滑陶瓷刀具材料的固體潤滑劑顆粒與陶瓷基體顆粒的半徑比應在0.225≤r/R≤0.414范圍內。
　　采用熱壓工藝,以Al2O3/TiC作為基體,以固體潤滑劑MoS2、BN和CaF2作為

3、添加劑,制備出了Al2O3/TiC/MoS2、Al2O3/TiC/BN和Al2O3/TiC/CaF2自潤滑陶瓷材料。其中,Al2O3/TiC/BN材料性能最差,這是由于BN在熱壓過程中與Al2O3發(fā)生了化學反應,生成了AlN,由于AlN與基體的熱膨脹系數差別較大,導致大量裂紋的產生所致。Al2O3/TiC/MoS2材料性能也較差,主要是由于MoS2的熔點低容易在高溫下熔融析出,同時在熱壓高溫下MoS2容易發(fā)生分解,這導致材料產生較多的氣

4、孔所致。與Al2O3/TiC/BN和Al2O3/TiC/MoS2陶瓷材料相比,Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料的力學性能最好,各組分間沒有發(fā)生化學反應,其最佳性能為抗彎強度673MPa,硬度為16.1GPa,斷裂韌性3.6MPam1/2。
　　系統(tǒng)研究了CaF2含量和試驗條件對Al2O3/TiC/CaF2(ATF)自潤滑陶瓷刀具材料的摩擦磨損特性的影響。研究結果表明,ATF自潤滑陶瓷刀具材料的摩擦系數隨CaF2含量的增加而降低