钎焊金刚石工具的磨损与失效机制( 二 ) ：钎焊金刚石工具的磨损与失

【钎焊金刚石工具的磨损与失效机制】

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图4CT643疲劳断口的大小韧窝图
3.65Mn钢和钎焊金刚石涂层的摩擦磨损机制
图5给出了65Mn钢和钎焊金刚石涂层的摩擦磨损机制示意图，图中v为试样运动速度， P为试样的法向载荷。通过上述摩擦磨损形貌以及摩擦系数的研究，结合相关文献，认为钢与ZrO2磨球、的摩擦磨损方式主要以黏着磨损为主。根据Archard的磨损模型计算公式。
Q=KPL/H（1）
式中:Q为总磨损量;K为微凸体中产生的磨粒概率数;P为法向载荷;L为滑动距离,由摩擦时间和摩擦转速共同控制;H为较软材料的硬度。
(1)中材料磨损量与滑动距离和法向载荷成正比，与软材料的硬度成反比。
65Mn钢的硬度约360HV ，远小于ZrO2的硬度15—HV—1800HV 。由图5a,5b图可知，当65Mn钢与ZrO2磨球摩擦时，在法向载荷的作用下两者之间的部分微凸相互接触，进而开始滑动并形成较短时间的“跑合阶段” ，两者之间的微包凸体发生剪切作用使硬度较低的65Mn钢微凸体首先断裂成为磨屑。此期间，摩擦使彼此间的接触面积和摩擦系数不断增大，但磨损速度较低;进入较长时间“稳定磨损”阶段。此阶段磨损率变化不大，摩擦系数稳步增长;随着摩擦时间延长，摩擦使二者的接触面积进一步增大， 65Mn钢磨屑增加,黏着磨损加剧，进入“剧烈磨损”阶段。

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图565Mn钢和钎焊金刚石涂屈的摩擦磨损机制
钎焊金刚石涂层与磨球的摩擦磨损方式以二体磨粒磨损为主，其磨损机制如图5c,图5d所示:由于钎料与金刚石之间化学冶金结合,钎料对金刚石的把持力较高;当磨削时，涂层中凸起的高硬度金刚石固定磨粒在ZrO2磨球表面相对滑动，在法向载荷作用下对ZrO2磨球进行磨削而形成磨屑并散落在涂层表面，而ZrO2磨球则形成犁沟形貌。随着ZrO2磨屑在涂层表面不断散落， “微滚球”效应逐渐形成，将部分滑动摩擦转为滚动摩擦，因而摩擦系数呈现降低的趋势。因此，钎焊金刚石涂层高耐磨摩擦磨损性能的实质，是涂层中凸起的高硬度耐磨金刚石在摩擦中为主要承载相，在一定程度上使涂层免避磨损，从而保护了涂层。
(1)式中同样也适用于磨粒磨损情况，此时式中的K可解释为磨粒的形体系数，尺寸大的、尖锐的、多角形的磨粒比尺寸小的、钝的、圆的磨粒磨损快，但磨粒尺临界值在80um左右，当磨粒尺寸超过临界值时，磨损量不再随着磨粒的增大而增大。本实验中，所用金刚石磨粒尺寸基本在80um以上，因此金刚石颗粒大小不影响ZrO2磨球的磨损量。然而，当金刚石质量分数在各涂层中相同时，金刚石粒位径越大总量便越少，表面凸起的金刚石也越少，从而磨粒的总滑动距离也越小，根据式(1)得出的ZrO2磨球的磨损量也越少，此外，由于钎焊中表面镀钨金刚石在一定程度上保护了金刚石不会受热损伤而破坏，保持了其原有的锋利度，因而在同一粒径下钎焊镀钨金刚石涂层对ZrO2磨球的磨损量高于不镀钨金刚石涂层，同时其摩擦系数也相对较高。