Al_2O_3/TiB_2/CaF_2自润滑陶瓷刀具的研究

【摘要】：本文提出在自润滑陶瓷刀具设计中，将添加固体润滑剂润滑与原位反应润滑两种润滑方式相结合。以Al2O3为基体，TiB2为增强相，CaF2为固体润滑剂，制备出Al2O3/TiB2/CaF2（ABF）自润滑陶瓷刀具。其中CaF2在较宽温度范围内具有润滑效果，TiB2在高温时会发生氧化还原反应生成具有润滑效果的TiO2、B2O3。结合两种润滑方式，提高刀具在切削加工时的总体润滑性能。 确定自润滑陶瓷刀具材料总体设计思路，选择合适的材料体系，计算、分析材料体系中各成分物理、化学相容性。用吉布斯自由能函数法从理论上计算、分析各组分是否会在真空烧结过程中发生化学反应，最终通过XRD图谱进行分析验证。 经过球磨、干燥、冷压成型、真空烧结等一系列工艺成功制备出ABF自润滑陶瓷材料，对其进行力学性能检测，确定材料体系中各组分的含量：Al2O3：T iB2=7:3，CaF25wt%，真空烧结工艺：烧结温度为1700℃，保温时间为20min，烧结压力为30MPa。制备出的ABF自润滑陶瓷材料各项力学性能较好，其相对密度、维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性分别达到了96.5%、16.4GPa、685MPa、3.7MPa m1/2。观察其表面与断口微观结构，其致密性好、孔洞少，断裂形式属于穿晶断裂与沿晶断裂的混合。 通过与硬质合金球（YG6X）采用球盘配副方式进行摩擦磨损试验，研究结果表明：随着CaF2含量、试验过程中载荷、速度的增加其摩擦系数呈现下降的趋势。观察其摩擦磨损形貌，发现润滑膜形成是摩擦系数下降的主要原因。通过与普通陶瓷刀具（AG2）进行干切削45#钢对比试验，结果表明：ABF刀具能有效的降低切削加工中的切削力与摩擦系数。当速度达到130m/min，其摩擦系数下降速率较快，通过前刀面XRD图谱分析可知，增强相TiB2发生了氧化还原反应，生产了具有润滑效果的TiO2、B2O3。ABF刀具更加适合高速干切削，达到了两种润滑方式的结合，润滑效果更加明显。观察两种刀具后刀面形貌，皆属于典型的磨料磨损。

【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG711