金刚砂耐磨地坪

金刚砂耐磨地坪（共7篇）

金刚砂耐磨地坪 篇1

1 工程概况

某工程结构形式为框架结构, 建筑层数地上3层。厂房车间地坪面积如表1所示。

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2 现状调查

1) 小组成员于2012年3月在新百佳厂房工程1号厂房2层现场质量调查, 发现工人施工操作主要工序基本符合要求, 细部处理存在问题, 见表2, 表3。

2) 分析:根据调查表的数据统计, 我们绘制了排列图, 见图1。

从图1中可以看出累计频率小于80%的问题有两个:

a.水平控制差;

b.面层施工差。按以往经验这两个问题为主要问题。

3 目标确定

1) 为了搞好新技术开发, 必须通过过程控制, 层层把关等各种有效措施, 精细控制水平平整度, 把表面平整及表面质量合格率控制在95%以上。

2) 目标设定依据。

根据上述现状调查, 共取330个点, 质量问题点50个, 其中水平控制差为20个, 面层施工差20个, 分格缝划分不合理4个, 地面处理不到位5个, 其他不到位1个, 合格率84.8%。其中水平控制差, 面层施工差占80%, 如通过采取措施将水平控制差, 面层施工差降低到5个, (330-15) /330=95%, 能够保证整体合格率达到95%。

4 原因分析

经过现场实际检查, 结合本工程实际特点, 小组召开了专题会议, 对金刚砂地坪施工质量实测合格率低的原因进行了集思广益、畅所欲言的原因分析, 并绘制了关联图, 见图2。

共找出末端原因八条:

1) 地面清理不到位;2) 钢筋头标高控制差;3) 质量管理办法不完善;4) 未做混凝土凝结试验;5) 未进行合理策划;6) 未进行专门培训、交底不到位;7) 质量跟踪检查不到位;8) 检测仪器陈旧。

5 制定对策

通过要因确认, 共找出三个要因, 并制定了相应的对策, 见表4。

6 对策实施

对策实施一:

要因一:未组织培训及交底。

措施1:技术负责人组织管理人员及操作人员在施工现场、会议室进行培训学习。

措施2:根据设计图纸、施工规范、标准图集, 编制有针对性、可操作性强的技术交底。

措施3:书面技术交底必须经过项目工程师审核批准, 随后下发到分包管理层及施工班组, 并对操作工现场进行讲解, 分包方应认真阅读后签字认可、接受。书面技术交底中对施工流程及关键控制点进行详细说明。

措施4:书面技术交底后, 组织施工班组操作人员进行口头技术交底, 操作人员有不懂之处, 提出来由技术负责人讲述, 确保一线人员熟知操作工艺。

实施结果一:组织管理人员、操作人员培训学习, 经考核培训合格率达到90%及以上。

对策实施二:

要因二:水平控制差。

措施:在项目部管理人员监督下, 操作工钢筋绑扎完毕后, 管理人员将水准仪放置在现场周围, 由控制点引入标高, 由专业操作人员在地板钢筋每4 m×4 m焊接一条垂直地面方向的钢筋, 将钢筋截断在地面成型标高的位置, 浇灌混凝土时由裸露的钢筋头控制地面成型标高, 浇捣混凝土时厚度略高于钢筋头, 随即振捣密实, 然后以钢筋头为标志, 检查平整度, 在二次长刮尺刮平时再进行标高复核, 保证标高误差控制在3 mm以内。

实施结果二:整体面层表面平整度都达到良好的控制, 实测值合格率达到95%。

对策实施三:

要因三:未做混凝土凝结时间试验。

措施:项目部要求实验员按金刚砂地坪混凝土使用要求, 给商品混凝土站试验站发送书面要求, 并签订混凝土质量保证书, 确保混凝土凝结时间及质量施工要求。另外, 为提高操作工抹平速度及避免因停电等原因而错失良好时间墁光, 墁光机必须使用非电动型。

实施结果三:凝结时间得以确认, 为工人掌握操作时间提供了可靠的依据, 操作机械效率大大提高, 使工人能够很好的确保连续浇筑及面层施工速度相配合。

7 效果检查

1) 经过第一阶段的PDCA循环, 小组成员业务水平明显提高, 工作积极性也调动起来了, 并提高了质量意识。

通过QC活动开展, 金刚砂地面施工质量合格率提高了, 现场检查结果如表5所示。

从表5可以看出:

a.金刚砂地坪工程达到了优良, 合格率从活动前的84.8%提高到了95%, 达到了目标值。

b.金刚砂地坪经业主、监理、设计等单位联合检查, 认定为质量好, 合格率高, 达到了优良标准, 监理验收一次通过, 加快了工程进度, 赢得了业主的嘉奖。

2) 效益分析。

通过金刚砂地坪施工, 施工管理水平提高了, 减少了地面返工, 同时缩短了工期。初步估算可节省人工调整200个工日, 80元/工日, 节省费用200×80=16 000元, 节约工期4 d。施工机械费4 000元×4=16 000元, 合计节省费用32 000元。

8 结语

1) 通过QC活动的开展, 管理层及操作工人质量意识提高了, 工人好管理, 工程质量提高了, 既节省了工期、材料, 也为公司树立了良好的口碑。

2) 小组成员认为有计划地开展QC活动, 是提高工程质量行之有效的途径, 增强了小组成员抓好工程质量的信心, 同时提高了团队合作精神。

3) 小组成员掌握了QC工具的运用, 找到了通过要因确认、对策实施等流程去解决问题的途径。

4) 科学就是生产力, 只有通过不断的推广新技术, 提高人员素质, 提高工程质量标准, 才能在市场竞争中处于不败之地。

金刚砂耐磨地坪 篇2

现在许多的工厂的地坪都做成了金刚砂硬化地坪，人们都是听别人说金刚砂地坪多好多好的，实际呢，也没有真正的去了解过，我们都有跟随大众的心态，感觉别人说那样东西好，虽然没有用过见识过也会跟着说这件东西就是好的。现在给大家介绍一下金刚砂硬化地坪吧

金刚砂硬化地坪就是使用一些先进的地坪材料，通过打磨机打磨地面是材料渗入地面，进行封堵地面毛孔，从而形成一层高硬度的聚晶硅化层，从而有效地阻止水、油等的渗入，还能防止地坪被氧化侵蚀，有效地防止地面起灰起砂。

齐峰地坪做出来的金刚砂硬化地坪优点大致有以下几点：

1.地坪硬度高，做出来的地坪硬度可达到莫氏硬度九级，相当于花岗岩的硬度。造价会比花岗岩地面低很多。

2.地坪抗渗，地坪表面形成一个致密的保护层可以有效地防止水、油等的渗入。

3.质量好，地坪在使用过程中经得起拖车等大型车辆的碾压

4.使用寿命长，可以使用很多年，而且在使用过程中不会出现起砂起灰的现象

金刚砂硬化地坪注意事项

金刚砂耐磨地坪 篇3

一、金刚砂混凝土耐磨地面的施工条件

金刚砂混凝土耐磨地面的施工条件主要包括以下几点:首先, 对施工人员进行合理安排, 明确其分工, 然后准备好施工所需的材料和施工所实用的工具。其次, 金刚砂混凝土耐磨地面的施工过程和施工现场, 不能安排交叉的作业, 只能进行耐磨地面的施工。再次, 金刚砂混凝土耐磨地面的施工过程中, 施工人员要做好连续施工的准备, 保证施工现场的正常供水供电, 以及足够的照明设施[1]。最后, 在施工前后和施工过程中, 都要对施工现场不必要的杂物、施工材料以及施工使用的设备, 进行及时的清理。

耐磨混凝土的浇筑应该满足的条件:第一、混凝土基层的强度等级要高, 最好实用比较小的水灰比, 对耐磨材料进行现场搅拌, 使混凝土的坍落度控制在4厘米左右, 如果是商品混凝土, 其坍落度应该控制在13 厘米左右;第二、如果混凝土的厚度不足8 厘米时, 需要使用细石混凝土进行浇筑;第三、对混凝体进行浇筑时, 要边浇筑边抹平, 使其平整度达到2 米, 范围小于2 毫米, 对于基层的混凝土浇筑, 振浆要充分, 如果出现窝水现象, 必须想办法进行处理, 重新进行磨平[2]。

二、金刚砂混凝土耐磨地面施工的注意事项

金刚砂混凝土耐磨地面施工的注意事项:首先是混凝土表面硬化剂的施工, 主要是指在新浇筑的混凝土地面的基层表面, 覆盖一层硬化的耐磨材料。混凝土表面硬化剂的施工和混凝土基层浇筑基本上要同时进行。混凝土基层浇筑一般需要3 到5 个小时, 才能使其表面初凝, 并且无泌水, 然后才能开始进行耐磨材料的施工, 直至耐磨材料表面经过机械的打磨、养护。在已经磨好的混凝土的基面上均匀覆盖一定量的硬化剂耐磨材料, 采用机械进行多次镘光。对于机械处理不到的边角处, 要使用人工处理的方式, 然后再将剩余的硬化剂耐磨材料均匀撒在混凝土表面, 进而继续使用机械进行打磨, 并且最少要镘光两次以上。当混凝土表面开始硬化的时候, 采用装有金属刀片的机械进行镘光打磨、压光, 进行4 次左右的操作, 避免对混凝土表面进行损坏, 边角处依然使用人工处理的方式。等到混凝土表面硬化进行5 到6 个小时以后, 采用装有金属刀片的机械进行最后一次的打磨、抛光平整。

其次是混凝土密封固化剂的施工, 等到混凝土地面养护完成成后, 进行固化剂的施工。首先要对混凝土地面进行清洗, 再对其进行湿润处理, 等到地面没有明显的水迹之后, 对混凝土地面进行固化剂的喷洒。要保证使用过固化剂的地面湿度保持在40 左右, 在这期间使用毛刷进行来回涂抹, 这样有利于地面对固化剂充分的吸收。当地面的密封固化剂变得稠滑时, 使用一定量的清水喷洒于地面, 使用毛刷进行涂刷。当地面的密封固化剂再次变得稠滑时, 再次使用清水对地面进行彻底的清洗和处理, 并且擦干地面上的水渍、污渍, 把残留的密封固化剂进行彻底清理。刚刚施工完成后, 要注意保护路面, 2 个小时左右之后, 地面上可以允许路人通行, 7 个小时以后, 车辆可以通行[3]。

三、针对金刚砂混凝土耐磨地面施工质量的建议

对金刚砂混凝土耐磨地面施工质量的控制主要分为以下几点:首先, 对是地面施工中的裂缝控制。对混凝土的配合比进行优化, 减少水灰比, 增加水化低热的水泥, 使用外加剂, 混凝土浇筑使用的材料均要符合施工要求。底层的砂垫层要根据层次不同, 逐层进行震实, 震实程度符合施工设计的要求, 这样能够有效防止基面下沉, 而导致的混凝土地面土层开裂。每日都要对混凝土进行浇筑, 底层的混凝土浇筑要采用分段跨仓浇筑。在混凝土初凝前使用钢滚筒碾压数遍, 再对混凝土地面进行平整, 防止表面龟裂。在浇筑混凝土垫层前, 要对基层认真进行处理, 严控金刚砂的覆盖时间, 要保证金刚砂和混凝土垫层结合完整, 不然会导致面层空鼓, 一旦投入使用, 空鼓会立即产生裂缝, 影响金刚砂混凝土耐磨地面质量。金刚砂混凝土耐磨地面施工完成后, 要根据施工的方案和要求进行及时的养护和检查, 以及割缝, 避免出现冷缝[4]。

其次, 对金刚砂混凝土耐磨地面平整度以及光洁度进行控制。抹光面要根据施工要求计划实施, 减少地面平整度出现的误差。底层砂垫层要震实, 防止对地面的平整度产生影响。对金刚砂的覆盖时间进行掌控, 防止时间掌握不正确, 对地面造成践踏、污染, 影响平整度。最后, 对地面起皮、起砂、麻面进行控制。造成这些后果的原因是由于没有对地面进行搓毛、抹光处理, 以及对地面的养护没有达到标准, 对地面的硬化剂材料覆盖时间没有掌握正确。

针对这些问题, 要积极采取补救措施, 主要包括:第一、采用磨光机对地面进行充分的打磨, 直至磨平、压实, 在此基础上要进行3 以上的搓毛处理;第二、对地面进行养护时, 一定要对窗门进行密封, 避免灰尘和杂物进入施工现场, 同时还要避免对养护中的地面采用塑料薄膜覆盖;第三、要掌握好金刚砂的覆盖时间, 第一次进行金刚砂的覆盖时, 要确保用脚踩在地面上, 地面下沉5 毫米, 这时才能进行施工, 不然覆盖时间过早, 会导致施工效果大大降低, 如果覆盖时间过晚, 这时的混凝土已经凝固, 和金刚砂不能结合, 金刚砂就失去了覆盖的效果[5];第四、要对混凝土地面的水分进行控制, 防止失水过多, 所以要首先采用撒布的方式进行处理。

结束语

金刚砂混凝土耐磨地面的施工技术, 正应用在各种场地建设中, 尤其是应用在高强、高压下的场地建设。比如, 大型机械设备的储存仓库, 或者货物运输仓库等, 现在基本上都采用的是金刚砂混凝土耐磨地面。这种地面的施工操作能够保证地面更加耐磨、抗压、承载力大, 同时最重要的是能使得地面清洁更加方便, 从而可以节省很多时间。在金刚砂混凝土耐磨地面的施工过程中, 要做到对地面施工的材料进行细致的选择, 具体的施工技术要进行严格的把控, 只有这样, 才能实现金刚砂混凝土耐磨地面的高质量施工, 才能达到最理想的施工效果。

摘要：现今我国建筑地面施工, 主要采用的是金刚砂混凝土耐磨地面, 因为其具有耐磨、高强等特点, 而且比普通的混凝土地面的耐磨性要高出3到5倍, 能极大地改善普通水泥地易磨损等缺点, 并且金刚砂混凝土耐磨地面的寿命长、性能好, 维修费用低, 发展前景良好, 最近几年已经在我国广泛使用。本文就从金刚砂混凝土耐磨地面的施工质量方面进行研究, 希望对金刚砂混凝土耐磨地面的施工提出合理建议, 促进其不断发展。

关键词：耐磨地面施工,工程质量,发展前景,性能良好

参考文献

[1]安卫俭.金刚砂混凝土耐磨地面施工质量控制[J].建材技术与应用, 2012, 11.

[2]徐淑娟.金刚砂耐磨混凝土地面施工质量控制[J].淮海工学院学报 (自然科学版) , 2014, 04.

[3]阮仕善.金刚砂耐磨地面施工技术及质量控制[J].四川建材, 2015, 03.

[4]李远区.小议金刚砂耐磨地面的施工技术与质量控制措施[J].民营科技, 2011, 06:308.

金刚石复合片耐磨性设计研究 篇4

在工业发达国家, PDC材料已广泛应用于石油地质钻头、切削刀具、拉丝模、修整器和各种耐磨器件, 目前国外PDC材料的年消耗增长速度在20%以上聚晶金刚石复合体 (Polycrystalline Diamond Compacts) 简称PDC, 目前国外PDC材料的年消耗增长速度在20%以上。耐磨性是衡量PDC质量三大指标之一[1], 耐磨性能直接影响着刀具的使用效率。通过对每个不同温度下烧结的PDC片, 沿其径向进行了大量的耐磨性测试。

1 试验过程

1.1 试验材料

28μm金刚石粉末;牌号YG15的硬质合金;叶腊石为32.5×32.5×32.5×16的粉压块;钼杯Ф14mm、h为9mm;盐管尺寸Ф外20mm、Ф内15mm;

1.2 试验设备

6×1800T铰链式六面顶压机;TS71-A型磨耗比测定仪;WEDM电火花线切割机床;金刚石砂轮平面与外圆磨床;工具显微镜;分析天平;101-2A型电热恒温鼓风干燥箱。

1.3 试验方法

对于一个PDC圆片, 在圆片上不同部位测试磨耗比, 其值都不同, PDC片磨耗比径向测试显得十分重要。我们选定四个不同的位置进行测定。

第一个位置:PDC圆片的边缘部分, 磨耗情况同样如下图;

第二个位置:磨损面离圆心2/3R处;

第三个位置:磨损面离圆心1/3R处;

第四个位置:磨损面过圆心;

PDC的第一个位置磨耗比测定方法采用核工业徐国平等人[2]的以PDC的体积磨耗量代替其失重。如图所示, 若设PDC的半径为R;磨损面长为L1;L1与圆心O的距离为L;PDC圆周上任一点的坐标为 (x, y) ;PDC磨损掉的体积为v, 则:

然后把测试完的PDC片用线切割机切成离圆心2/3R、1/3R处、圆心处, 若设PDC的半径为R;磨损面长为L1;磨损斜面长为X;PDC金刚石层平面方向与接触点的切线方向成45度角;为了方便计算, 根据我们测试的经验, 复合片PCD层比重取为4.2g/cm3。

磨耗比计算公式:α=△A/△B=△A/ (4.2V) ;

2 试验结果与讨论

2.1 试验结果

固定合成压力、保温时间、冷却时间, 在不同的烧结温度 (1250℃、1300℃、1350℃、1400℃) 条件下进行合成PDC。每种工艺条件下, 合成4个PDC片。按照上述磨耗比测定方法进行测试, 磨耗比取样品相同位置测定的磨耗比平均值, 如下表。

2.2 实验结果综合分析

(1) 在烧结温度1250℃、1300℃、1350℃时, 其磨耗比值沿径向从边缘到中心依次减小, 造成这种结果的原因可能是:由于组装设计的原因, 合成块沿径向存在温度梯度。在其他烧结条件下, 磨耗比这种变化规律, 恰好与HP/HT腔体中压力场径向分布恰好一致[3], 在很大程度上可以说PDC耐磨性取决于烧结压力。

(2) 在1250℃、1300℃、1350℃测定的磨耗比值减小幅度并不一样。在烧结温度1300℃、1350℃时, 边缘 (第一个位置) 与中心 (第四个位置) 之间磨耗比值依次减小的幅度较小。而在烧结温度1250℃时, 磨耗比值减小幅度相对较大。

(3) 在烧结温度1300℃、1350℃时, PDC烧结应该比较均匀, 所以PDC片沿径向磨耗比值变化较小, 差值在10%左右。

(4) 在烧结温度1400℃时, 出现了一个反常现象, 磨耗比值是从边缘到中心依次增大。这种情况的产生, 很有可能是在“过烧”温度下烧结而成的, 由于边缘部分温度要高于中心温度, 所以边缘部分石墨化更严重些, 其磨耗比当然也更低。

3 结论

经过对不同温度下烧结的PCD复合片耐磨性测试以及实验结果分析研究表明:在PCD复合片边缘部分烧结更均匀些, 致密性较高, 磨耗比值要高于中心的。磨耗比这种变化规律与腔体中压力场径向分布恰好一致, 可能说明磨耗比值在很大程度上取决于烧结压力, 关于这一点, 有待于进一步研究。

摘要：选定四种不同的烧结温度, 其中包括“欠烧”、“正常烧”、“过烧”烧结温度。对每个不同温度下烧结的PDC片, 都沿PDC的径向取四个不同的位置进行耐磨性测试, 发现在不同的烧结温度下, PDC磨耗比值沿其径向的变化规律各不相同, 这对如何选取耐磨性较好的PDC材料作为刀具提供了一些参考。

关键词：聚晶金刚石复合体,耐磨性,烧结温度,PDC刀具

参考文献

[1]陈石林, 彭振斌等.聚晶金刚石复合体的研究进展[J].矿冶工程, 2004 (04) :29-32.

金刚砂耐磨地坪 篇5

“膜”出让金属涂层告别硬而脆

“这是我们开发出来的新型非晶碳基纳米多层膜, 它已经获得美国及欧盟的发明专利。”产品开发者亦庄开发区海外高层次人才、中奥汇成技术总监涂江平表示, 目前中奥汇成已经将其产业化, 明年有望拿到产品的上市批文, 量产后的年产值可达3亿元。

为了抗摩擦磨损, 金属的表面一般都有涂层, 也被称作镀膜, 但是长久以来, 有一个问题, 那就是涂层的硬度增加了, 但是硬了就容易脆, 附着率就不高, 特容易脱落。

从上大学到读博士, 一直在金属材料专业就读的涂江平, 研究的就是金属材料表面薄膜 (涂层) 的制备, 他设计和制备了一系列新型减摩耐磨纳米复合薄膜, 提出了采用较高sp2键结构的非晶态碳纳米多层结构膜改善钛合金表面摩擦磨损性能, 在合金表面设计和制备了减摩耐磨性能优异的纳米多层膜;解决了金属表面传统类金刚石 (DLC) 薄膜与基体结合力低的难题。

“膜”入医疗打造超耐磨人工髋关节

涂江平的研究成果, 在发小金攻的眼里一直是“金疙瘩”, 想将其实现产业化。

在北京的金攻偶然获悉, 由于近年来越来越多的人开始接受人工髋关节置换手术, 但是由于目前人工髋关节的膜抗磨性差, 一些病人不得不多次接受手术, 这不仅给病人造成了痛苦, 也给治疗技术带来了难题, 医院急需抗磨性的人工髋关节。

于是, 金攻立刻想到了涂江平的研究成果, 两人一拍即合, 决定成立中奥汇成生物材料科技有限公司, 将这个纳米多层膜镀膜引入生物领域, 涂江平将其原有材料中有可能对人体造成危害的金属物质去掉, 以安全性为前提, 将具有多项自主知识产权技术的非晶碳基纳米多层膜镀覆于人工髋关节头, 以解决人工髋关节的摩擦磨损问题, 并于2011年顺利申报“十二五”国家科技支撑计划项目。“膜”到未来使公司获得融资即将上市。

有技术, 怎么让产品从实验室走向生产线, 规模工艺怎么解决?中奥汇成自主设计并在国外订制了全球唯一的一台低温磁控溅射镀膜机, 突破了软基体上一次成膜的技术瓶颈。

涂江平告诉记者, 目前通过该设备生产的超耐磨人工髋关节已经通过相关部门的生物鉴定, 正在接受临床验证, 按照目前的测试推算, 人工髋关节的使用可以达到50年, 比现在最好的镀膜产品寿命翻了一倍还多。

金刚砂耐磨地坪 篇6

TiN涂层具有高硬度、高耐磨性和良好耐腐蚀等特性, 在工业生产中受到广泛应用, 但TiN在空气中温度达500~600℃时, 涂层会发生氧化生成疏松的TiO2, 耐磨损性能显著降低[1,2]。TiAlN薄膜是在TiN薄膜基础上发展起来的一种综合性能更为优良的涂层, Al原子置换TiN中的一部分Ti原子后晶格发生畸变, 涂层硬度提高[3], 同时Al元素加入提高了TiN涂层的高温磨损性能。TiAlN薄膜虽然具有高硬度, 良好的耐磨耐蚀性, 但自身的高摩擦系数 (一般高于0.7) 使其在应用时越来越无法满足生产需求。

化学复合镀具有化学镀均镀、深镀能力好, 镀层致密, 施镀简单, 便于在各种新型材料上应用等优点, 广泛应用于航空、机械、电子、化工等领域。化学复合镀是通过向镀液中加入具有特殊性能的惰性微粒使之与基质金属共沉积从而制备具有特殊性能的复合镀层。常见的化学复合镀层有Ni-P-TiO2、Ni-P-ZrO2、Ni-P-SiC[4]、Ni-P-Al2O3和Ni-P-金刚石等。惰性耐磨性微粒的添加不仅提高了涂层的硬度以及耐磨性能, 而且能在一定情况下起到减摩自润滑作用[5]。

本研究将化学复合镀与多弧离子镀技术结合起来, 在304不锈钢基材表面制备Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层, 并探讨其摩擦学性能。

1 实验

1.1 化学镀Ni-P-金刚石配方

化学复合镀液中:硫酸镍25g/L, 次亚磷酸钠24g/L, 乳酸25mL/L, 硼酸10g/L, 乙酸钠20g/L, 氢氧化钠5g/L。OP-10 2.5mL/L, EDTA (乙二胺四乙酸) 0.9mL/L, 金刚石含量10g/L, 金刚石粒度5~40μm。

1.2 Ni-P-金刚石的制备

使用体积比1∶1的硝酸溶液清洗金刚石后, 用蒸馏水清洗至中性, 过滤干燥。称取2.5g金刚石, 与250mL镀液溶液混合, 超声波震荡30min后, 调节pH值至4.8。

Ni-P-金刚石的制备实验装置如图1所示, 基材是尺寸为30mm×20mm×1.5mm的304不锈钢, 实验温度85℃, 机械搅拌速度700r/min, 搅拌方式采用不连续周期性搅拌, 即搅拌1min, 停歇2min。整个工艺流程为:试样打磨抛光→水清洗→除油→水清洗→混酸 (10%盐酸+10%硫酸) 活化→水清洗→吹干→复合镀。

1.3 Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层的制备

采用多弧离子镀法在Ni-P-金刚石涂层表面沉积TiAlN涂层。沉积工艺条件为:氩气分压0.5Pa, 氮气分压1.5Pa, 实验温度150℃, 衬底偏压550V, 占空比30%, 弧源电流50A, 沉积时间2h。离子镀制备TiAlN涂层, 通常会在镀层表面沉积大量熔滴, 使表面粗糙度增大, 该熔滴会影响TiAlN涂层的性能, 甚至使膜层缺陷增加[6,7]。因此, 本实验通过在靶材和衬底之间添加一块直径8cm的挡板, 减少表面沉积的熔滴量。

1.4 耐磨性测试

采用HT-1000摩擦磨损实验机进行磨损实验, 摩擦副是GCr15轴承钢球, 直径为5mm, 载荷160g, 转速336r/min, 磨损半径3mm, 实验运行时间20min, 实验在室温环境下进行。采用精度为10-5 g的Saterious CP-225D测量磨损质量变化。采用SU1510扫描电子显微镜观测磨痕形貌。

2 结果及分析

2.1 Ni-P-金刚石和Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层表面形貌

图2为Ni-P、TiAlN、Ni-P-金刚石和Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层表面形貌的SEM图。由图2可以看出, NiP涂层表面比较平整, TiAlN涂层表面存在少量的熔滴, 金刚石颗粒镶嵌Ni-P涂层中, 与Ni-P镀层紧密结合, 施加TiAlN涂层后, 金刚石颗粒变粗大。

2.2 耐磨性能分析

图3为Ni-P、Ni-P-金刚石、TiAlN和Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层摩擦系数与时间的曲线图。由图3可以看出, Ni-P、Ni-P-金刚石、TiAlN和Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层平均摩擦系数分别是0.50、0.25、0.90和0.30。相对于Ni-P涂层, Ni-P-金刚石涂层具有良好的减摩耐磨效果[8,9]。TiAlN涂层在磨损过程中, 摩擦系数一直保持较高值, 原因是产生的磨屑全部堆积到磨损区域边缘[10], 如图4所示。Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层与Ni-P-金刚石涂层曲线走势相近, 但在镀上TiAlN涂层后, 金刚石嵌入在涂层上的结合能力强化, 相对的曲线较为平滑稳定。

图4为NiP、NiP金刚石、TiAlN、NiP金刚石/TiAlN双层涂层磨损区域形貌图。从Ni-P磨损形貌图可以看出, 磨损区域周边大量Ni-P涂层剥落, 磨损严重, 有大量犁沟, 犁沟深度较大, 磨损属于磨粒磨损[11]。而Ni-P-金刚石和NiP-金刚石/TiAlN双层涂层磨痕区域都较宽, 相比于磨损之前表面, 表面粗糙度降低, 原因是摩擦副在磨损过程中产生的大量碎屑填充在试样表面;二者相比, Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层表面更加平整, 原因是在Ni-P-金刚石表面沉积TiAlN涂层, 增强了金刚石涂层与Ni-P涂层的结合性能, 使金刚石在磨损过程中不易在Ni-P表面剥落, 增强了Ni-P-金刚石涂层的耐磨性能。TiAlN涂层磨痕区域磨屑较少, 大部分磨屑集中在磨痕边缘部分, 磨损主要以黏着磨损形式存在。

图5为Ni-P、Ni-P-金刚石、TiAlN和Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层磨损失重和摩擦副失重图。Ni-P涂层与摩擦副作用后, 涂层软且结合能力差导致涂层剥落严重, 如图4所示。Ni-P-金刚石涂层和Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层其优良的抗磨性使摩擦副表面磨损严重, 分别磨损1.08mg和2.06 mg, 金刚石在摩擦表面起到至关重要的作用, 施加TiAlN涂层后, 由于TiAlN涂层对Ni-P-金刚石涂层中金刚石颗粒的包袱作用, 增强其与Ni-P涂层的结合性能, 使NiP-金刚石涂层的耐磨性能显著提高。

图6为含金刚石复合镀层的磨损示意图, 随着磨损时间的延长, 对磨件磨损严重, 表面逐渐形成磨斑, 摩擦副由最初的“点接触”过渡到“面接触”。对磨件磨斑的形成虽然增大了摩擦的接触面积, 但同时又使得镀层表面更多的金刚石颗粒参与到摩擦过程中, 颗粒所起到的支撑、承载作用更加明显, 有效地减小了基质镀层与对磨件的直接接触, 从而提高了镀层的耐磨性[12]。

此外, 由于微米级金刚石镀层表面粗糙, 对磨件材料因磨损脱落所形成的部分磨屑被挤压、粘附在镀层表面, 充斥于金刚石颗粒间, 并逐渐形成粘附层。这些粘附层不仅对镀层有保护作用, 而且与新产生的对磨件磨屑、对磨件球体之间更容易发生粘附, 从而加快对磨件的磨损[13,14]。

3 结论

(1) 实验制备的Ni-P-C/TiAlN双层涂层在摩擦磨损实验中不仅表现出良好的耐磨性能, 同时也展现出较低的摩擦系数等特性。其平均摩擦系数为0.30, 磨损增重为0.32mg。

(2) 相比Ni-P-C涂层, Ni-P-C/TiAlN双层涂层的耐磨性能更好, 摩擦系数低且曲线平滑。由扫描电镜图像可见, Ni-P-C/TiAlN双层涂层磨损区域金刚石颗粒比较均匀, 可推断TiAlN的覆盖强化了金刚石整体的结合能力。

(3) TiAlN涂层磨损实验中磨损量非常小, 表现出非常良好的耐磨性, 但是TiAlN所展现出的摩擦系数高达0.9。Ni-P-C/TiAlN双层涂层不仅摩擦系数低, 同时表现出良好的耐磨性, 说明Ni-P-C/TiAlN双层涂层中金刚石起到了润滑减摩的作用。

摘要：采用化学复合镀和多弧离子镀的方法, 在304不锈钢基材表面制备Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层, 采用SEM、磨损试验机、电子天平、光学显微镜研究涂层的摩擦磨损性能, 并与相同条件下制备的Ni-P、Ni-P-金刚石、TiAlN涂层进行对比。结果表明, Ni-P-金刚石/TiAlN双层涂层的摩擦系数比Ni-P-金刚石涂层略高, 但明显低于Ni-P涂层和TiAlN涂层, 摩擦副的质量损失最大, 具有最好的抗磨损性能。

关键词：化学复合镀,多弧离子镀,Ni-P-金刚石/TiAlN,耐磨性

参考文献

金刚砂耐磨地坪 篇7

1973年美国G.E公司成功地研制出金刚石聚晶复合片Compax,引起了世界各国的广泛关注[1,2,3,4,5,6,7]。金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compacts,简称PDC) 以金刚石微粒与硬质合金基体在高温超高压下烧结而成,避免了单晶的各向异性,克服了单晶金刚石受冲击易解理破损的缺陷,并具有硬质合金的韧性和易加工的特性。因此PDC在有色金属切削加工、木材加工等方面得到广泛的应用[8,9,10],其中50%左右用在汽车加工业,近40%用在木材加工,其余的大部分用在航天加工业。

在PDC的高温高压合成过程中,影响因素诸多,过程复杂,其中烧结温度是合成高质量PDC的重要条件之一。 烧结温度的控制直接影响PDC的使用寿命。因此本试验从烧结温度的角度研究了PDC的磨耗比、显微硬度和耐热性。

2 试验过程及方法

选用平均粒度为5μm的金刚石微粉和WC-16%Co硬质合金作为原材料,Co为粘结剂,以两个耐热金属杯倒扣的方式组装料模。经真空高温处理后按图1方式进行合成块组装,在6×1800吨铰链式六面顶压机内,在5.0～6GPa和1200℃～1500℃之间进行高温高压试验,在该合成工艺范围内按不同加热时间(7min,10min,13min,16min,19min)和不同加热温度(标记为T1,T2,T3,T4,T5)烧结出Φ25mm的PDC样品。依据JB/T3235-1999标准,在JS71-A型磨耗比测定仪上对PDC进行磨耗比检测,并在马沸炉中空气气氛下加热至750℃,保温2min后自然冷却,后测其磨耗比。通过扫描电子显微镜(JEOL,JSM-6460LV)观测了微观结构并借助能谱进行了元素分析。在Cu靶Kα射线的X射线粉末衍射仪(X'Pert PRO.MPD,Philips. Comp. Netherlands)上进行物相分析。在显微共焦拉曼光谱仪(renishaw)进行了拉曼分析。

1,3,13-叶蜡石,2-导电钢碗,4-金属片,5-白云石,6,7-石墨,8-导热体,9-金属杯,10-金刚石,11-硬质合金,12-氯化钠,14-陶瓷片

3 试验结果分析与讨论

对本次试验所得到的样品分别进行了磨耗比检测,每一片检测5次,取平均值,结果如表1所示,随后在空气气氛下加热至750℃,保温2min后PDC的磨耗比结果如表2。PDC磨耗比变化趋势如图2和图3所示。从表1中可以看出随着烧结温度的增高,磨耗比在逐渐增大,随后又降低,从对应的图2中可以看出在T4温度附近磨耗比最高,是该工艺范围内的最佳值。从不同烧结温度的PDC经过高温处理后测得的磨耗比来看,在低温下烧结的PDC,高温处理后磨耗比增加最为明显,增加约为27.8%。磨耗比增加最小的是T3温度,约为10.7%,而从图2可以看出T3温度经高温处理后磨耗比反而降低,降低最严重的是T5温度,降低了约19.7%。从图2的对比曲线上可以看出在低温下烧结的PDC经过高温处理后磨耗比反而增大,高温烧结的反而会降低。本次试验T1烧结温度低于Strong H.M.[13]认为的金刚石和金属钴的共熔点1336℃,但已经烧结成型,再经过750℃二次高温处理后,可能有再烧结的作用,进一步使金属钴与金刚石中的碳元素发生反应,同时高温处理后能释放掉一部分热应力,增强了强度。

从表2不同烧结时间PDC磨耗比结果看,13min磨耗比最大,也是该工艺的最佳时间,从图3看出13min是一个过渡点,磨耗比先增加后减少。同样经过高温处理后再测磨耗比,其变化趋势与图2相似,增加最大量是烧结7min的PDC样品,增加约为27.8%,而降低最严重的是烧结19min的样品,降低约为16.4%。从图3的两曲线对比可以看出,短时间7min烧结后的样品经高温处理后磨耗比增加量最大,可能此时间样品完全烧结均匀,再经高温二次烧结,可以弥补高温高压下烧结的不充分。而已经烧结好的样品在高温二次烧结后可能会降低其强度,减少磨耗比值。从表1和表2的对比可以看出,高温再烧结后样品的磨耗比略有降低,而在合理烧结工艺处磨耗比变化很少,这说明了已烧结好样品的耐热性能达到750℃的温度。从图4和图5可以看出已经烧结好的样品,基本都形成了D-D结合,分布较为均匀,无明显区别。从对图4和图5样品白色富集区的点扫描结果来看,主要是以粘接剂Co为主,其次是W和Mo。其中W元素是通过基体硬质合金扩散而进入金刚石聚晶层的,Mo则是复合片外的屏蔽层扩散进入的。这些金属富集区成叶脉状分布在D-D结合的晶界处,增加了复合片的致密度。但由于金刚石聚晶层主要存在Co以及金刚石,它们的膨胀系数(3.1×10-6/℃和13.8×10-6/℃)差别很大,因此在Co的富集区(也称为Co湖)是一个机械和热性能不均匀的区域,在从高的烧结温度冷却到室温的过程中由于膨胀系数的不同而产生热残余应力,影响了其机械性能。通过激光拉曼对本次试验在最高温度T5和最长烧结时间19min的PDC做了分析,只发现了金刚石峰,如图6所示,其中19min烧结的PDC的金刚石峰是1334°可能存在漂移的现象。从金刚石的拉曼峰可以推断在本次试验中没有发生过烧而使金刚石石墨化的现象。

从对T4温度下烧结好的PDC样品的断面(如图7所示)可以看出在渗透法烧结PDC时,在金刚石层和基体交界处明显存在一个金属钴元素的富集区,称为钴的过渡层。整个金刚石层已形成了交互相连的D-D结合,结构致密,说明PDC材料烧结已充分完成。而金属钴元素也呈叶脉状分布于整个金刚石层,这也是PDC导电的原因。从图7的元素线分析来看,在过渡区钴和钨的含量明显增高,也正是由于这些金属使两层衔接成为一个整体。这些金属富集区的存在是由于底端区域靠近WC-Co基底,也就是钴浓度最高的地方,钴的渗透是从钴浓度高的区域向浓度低的区域扩散的,渗透动力一部分来自钴浓度梯度值。按图8的方式对本次试验烧结的PDC断面进行了三个区域(A、B、C)钴的元素半定量分析,结果如表3和表4所示。从表4中的在钴-碳共晶点温度(1336℃)以下T1温度时烧结的PDC断面看:在其底端区域(C区域)存在一定的钴,但是在中间区域(B区)与顶端区域(A区)钴含量较低。从表3中可见T1温度时的钴含量值从底端到顶端依次减少,在底端区域存在一定的钴含量,这说明烧结温度在钴-碳共晶点温度以下时,在金刚石层中已存在钴元素的表面扩散,但不够充分。从表3中发现T3温度后三个区域钴的平均含量基本一致,这说明钴锋已扩散扫越到整个金刚石层。

从表4对不同加热时间PDC断面的钴含量分析可以看出加热时间超过13min后金刚石层钴的含量基本稳定,在18.5wt%左右。尽管加热时间不同(13min、16min、19min),但金属钴在PDC层已充分扩散渗透,基本处于稳定状态。从表2对不同加热温度的磨耗比可以看出烧结时间超过13min后,磨耗比变化不大,这也充分说明了烧结的稳定性。

在本次试验中,充分利用了高温高压下扫越整个金刚石层的液态Co的催化作用,促使金刚石颗粒之间形成牢固的D-D结合。因此温度是金刚石复合片烧结过程的一个重要因素,恰当的烧结温度可以使Co变成液相,在驱动力的促使下沿颗粒间的毛细管扩散渗透并扫越整个金刚石层,使金刚石颗粒再结晶形成牢固的D-D结合而无石墨化现象。而残留下来的Co在金刚石聚晶层形成网络结构,这有利于PDC的导电性以及可加工性。形成大量的液相,有助于金刚石颗粒的重排,使结构更致密,促使烧结顺利进行。在高温高压下,液相Co的扩散是利用压力梯度、温度梯度和浓度梯度等的驱动力扩散渗透的,恰当的保温时间可以使腔体内热量收支趋于平衡,使液态Co扩散得更加均匀,同时可以相对的减少温度梯度和压力梯度带来的不利影响,使性能更为均匀。烧结温度过低或是加热时间太短,触媒金属钴不能充分渗透扩散至整个金刚石层,就不能充分润湿金刚石颗粒,不能促进D-D键的结合,因此金刚石聚晶层强度不够,导致磨耗比较低。但是温度过高或时间过长又导致了过烧,已烧结成键的金刚石颗粒又被熔融的钴反催化,导致石墨化或是异常颗粒长大。

5 小结