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气氛环境对纳米聚晶金刚石摩擦学行为的影响摩擦学是研究物体在接触和相对运动过程中产生的摩擦现象的学科。
纳米聚晶金刚石是一种新型的超硬材料，具有优异的力学性能和摩擦学特性。
然而，纳米聚晶金刚石的摩擦学行为受到气氛环境的影响。
本文将探讨气氛环境对纳米聚晶金刚石摩擦学行为的影响。
气氛环境的湿度、温度和气体成分等因素会影响纳米聚晶金刚石的摩擦学性能。
首先，湿度的变化会导致纳米聚晶金刚石表面的润湿性发生改变，进而影响摩擦力和磨损特性。
在相对湿度较高的环境下，水分子会吸附在纳米聚晶金刚石表面，形成水膜，减小了表面的摩擦力和磨损。
而在相对湿度较低的环境下，纳米聚晶金刚石表面的摩擦力和磨损会增加。
其次，温度的变化也会对纳米聚晶金刚石的摩擦学性能产生显著影响。
随着温度的升高，纳米聚晶金刚石的硬度和强度会下降，导致摩擦力和磨损增加。
此外，温度还会改变纳米聚晶金刚石表面的化学反应性，进而影响摩擦学行为。
例如，在高温环境下，纳米聚晶金刚石可能发生氧化反应，形成氧化物薄膜，增加了摩擦力和磨损。
最后，气体成分的变化也会对纳米聚晶金刚石的摩擦学性能产生影响。
不同气体的分子大小和化学性质不同，会对纳米聚晶金刚石表面产生不同的作用力。
例如，氧气和水蒸气会与纳米聚晶金刚石表面发生化学反应，形成氧化物薄膜，增加了摩擦力和磨损。
而惰性气体如氮气则不会发生这种化学反应，对纳米聚晶金刚石的摩擦学性能影响较小。
综上所述，气氛环境的湿度、温度和气体成分等因素会对纳米聚晶金刚石的摩擦学行为产生显著影响。
进一步研究和理解这种影响机制，有助于优化纳米聚晶金刚石的应用，并为摩擦学领域的研究提供新的思路和方法。
时效处理 (1)固溶热处理: (1)热处理工艺中请问什么是人工时效? (3)什么是时效处理 (3)锻压:超塑成形 (3)预合金粉末与金刚石的扩散连接 (4)异种金属扩散连接技术研究 (7)时效处理金属结构件在铸造、焊接、锻压和机械切削加工过程中，由于热胀冷缩和机械力造成的变形，在工件内部产生残余应力，致使工件处于不稳定状态，降低工件的尺寸稳定性和机械物理性能，使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。
为消除残余应力，传统的工艺方法是采用自然时效和热时效。
自然时效是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的不断变化和时间效应使残余应力释放。
热时效（TSR）工艺是目前广泛采用的传统机械加工方法，其原理是用炉窑将金属结构件加热到一定温度，保温后控制降温，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生。
振动时效（VSR）工艺是一种可完全取代TSR和NSR的工艺，其原理是用振动消除残余应力，可达到TSR 工艺的同样效果，并在许多性能指标上超过TSR。
固溶热处理:将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底.根据合金本性和用途确定采用何种时效方法。
高温下工作的铝合金适宜用人工时效，室温下工作的铝合金有些采用自然时效，有些必须人工时效。
从合金强化相上来分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然时效，而需要在高温下使用或为了提高合金的屈服强度时，就需要采用人工时效来强化。
比如LY11和LY12，40度以下自然时效可以得到高的强度和耐蚀性，对于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6铆钉用合金则需要人时效。
金刚石与铝的润湿角全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：金刚石是一种非常硬的材料，常被用于制作工具和切割工艺等领域。
而铝则是一种常见的金属材料，具有良好的导热性和导电性。
在工程应用中，金刚石和铝的润湿角是一个非常重要的性质，影响着它们在各种工艺中的表现。
润湿角是指一个液体在固体表面上形成的接触角度，液体与固体的润湿程度可以通过这个角度来判断。
润湿角越小，说明液体对固体的增强能力越强，反之则说明液体不容易附着在固体表面上。
在金刚石和铝材料上，润湿角的大小会直接影响它们在加工、涂覆等工艺中的性能表现。
首先我们先来看金刚石在铝表面的润湿角。
由于金刚石是一种具有类似于疏水性质的材料，其表面很难被液体浸湿，因此金刚石在铝表面的润湿角通常较大。
这意味着液体在金刚石表面上无法完全展开，难以形成均匀的涂覆层或者实现良好的粘附效果。
这也是为什么在金刚石刀具的制作中，通常需要对金刚石表面进行特殊处理或者添加适当的润湿剂来降低润湿角，以提高其加工精度和效率。
相比之下，铝在金刚石表面上的润湿角通常要小很多。
铝是一种易被液体浸湿的材料，具有较好的润湿性能。
这意味着在液体涂覆或者液体粘附的工艺中，铝表面可以更容易地形成均匀的涂覆层或者实现良好的涂覆效果。
这也是为什么铝材料常被用于涂层材料或者涂层前处理的原因之一。
要注意的是，金刚石和铝之间的润湿角并不是绝对的值，而是受到多种因素的影响。
首先是液体的性质，不同种类的液体对于相同材料的润湿角可能存在差异。
其次是表面处理的影响，金刚石和铝表面的粗糙度、清洁度等因素也会对润湿角产生影响。
温度、压力等外部条件也会对润湿角产生一定影响。
在实际应用中，金刚石和铝的润湿角是需要被仔细考虑的。
在涂覆、粘接、喷涂等工艺中，正确控制润湿角可以帮助我们获得更好的涂覆效果和加工质量。
在工程设计和制造中，我们需要充分了解材料的润湿性能及其影响因素，以确保材料在使用过程中的稳定性和可靠性。
第二篇示例：金刚石与铝的润湿角什么是润湿角？润湿角是描述固体表面与液体接触时相互作用的物理量。
金属材料表面润湿性的研究与控制一、引言金属材料润湿性是表面科学和材料科学的重要研究领域。
表面润湿性是指液体在与固体表面相接触时形成的接触角。
金属表面润湿性的研究对于电子、航空、汽车、医疗器械等多个工业领域都有着重要的意义。
二、金属表面润湿性的影响因素金属材料的表面润湿性受到多种因素的影响，包括固体表面能、液体表面张力、界面化学反应等。
1. 固体表面能固体表面能是一个物质表面吸收自由能的总和。
固体表面粗糙度、结晶状态、晶面等都会影响表面能，从而影响液滴在固体表面停留的平衡位置。
同时，表面能也与材料表面光洁度、化学成分、处理方式等有关。
2. 液体表面张力液体分子的相互作用会导致液体表面自发地形成一定形状和高度。
液滴在固体表面上的停留位置取决于液体自身表面张力与表面能的差异。
3. 界面化学反应金属材料与液体之间的化学反应也会对表面润湿性产生影响。
界面反应可能导致液体与固体之间的化学键形成，从而使表面满足垂直条件，也可能导致表面能的改变，从而影响表面的润湿性。
三、金属表面润湿性的研究方法了解金属表面润湿性对于相关领域的应用和材料开发至关重要。
以下是目前主要应用的研究方法：1. 接触角测量法接触角测量法是目前最广泛应用的润湿性研究方法。
该方法使用一定量的液体滴在物化性质已知的金属表面上，并测量液体滴的基线接触角。
实验数据可以通过测量基线接触角的大小，推导出液体表面张力、固体表面能及其界面反应以及表面处理状态等参数。
2. 冲洗测试法冲洗测试法通常用于测量金属材料和液体界面处的极限滑动压力。
该方法在实时过程中对金属材料表面进行润湿性能的评估和观察。
通过不同液体的使用，可以确定不同的表面润湿性能。
3. X光光电子能谱（XPS）X光光电子能谱是表面化学分析技术之一，可用于表面成分和界面反应的研究，因此被广泛应用于金属表面润湿性的研究。
通过该方法分析表面的元素及元素的化学状态，可进一步了解金属表面的化学成分，包括表面最外层的氧化物、氢化物等物质，进而分析其与表面润湿性的关系。
提高金刚石制品性能的方法一、添加稀土元素稀土元素对硬质合金性能的改善可望对金刚石工具的性能同样发挥作用: (1) 稀土元素的加入将能提高胎体金属对金刚石的浸润性, 增强其粘结能力; (2) 稀土元素的加入能提高胎体材料的抗弯强度、耐磨性、抗冲击韧性等, 从而提高金刚石工具的质量; (3) 稀土元素能降低粘结金属的熔点, 降低金刚石制品的烧结温度, 从而减少热压法高温造成的金刚石质量下降。
二、采用预合金胎体金属粉末各种金属都有自己的熔点, 而且相差较大。
金刚石制品的烧结温度大多在1000℃以下, 有文献[4 ] 报道, 烧结温度超过1060℃时, 金刚石的强度下降比较明显, 从而影响金刚石制品的使用寿命。
在950～ 1000℃的烧结温度下, 低熔点金属早已熔化甚至有很大一部分被烧伤, 而对于高熔点金属来说, 在该温度下烧结所得的胎体多为假合金, 即胎体中大多数高熔点金属仍以元素形式存在,不能充分发挥作用, 达不到原胎体配方设计的要求。
这种胎体金属末能完全合金化, 各金属颗粒之间是通过固溶扩散、蠕变而结合的, 其结合力不强, 影响了金刚石制品的机械强度。
胎体金属粉末的预合金化, 即是把各种有关的金属在熔炼炉中预先炼成合金, 然后再制成粉末。
该预合金粉末具有单一的熔点, 其熔点可以通过调整成分配比来控制和选择。
胎体金属粉末的预合金化有如下优点: (1) 合金熔点比单元素熔点低, 可使一些高强度金属通过合金化后降低熔点, 以达到烧结金刚石制品的要求; (2) 合金和单元素金属相比, 具有较高的物理机械性能, 易于满足金刚石制品胎体性能要求; (3) 合金抗氧化性比单元素强, 烧结性能好, 易于保存; (4) 预合金粉末比机械混合粉末均匀, 对金刚石的浸润性好; (5) 合金粉末具有单一的熔点, 从而避免了机械混合粉末胎体烧结中最常出现的成分偏析和低熔点金属先熔化并富集以及易氧化、挥发等缺陷, 从而可保证金刚石制品的质量, 制品的机械性能也大有提高。
钎焊中铬对金刚石把持力研究1.1选题背景钎焊金刚石工具的制造是通过高温钎焊是钎料在金刚石与对应基体之间发生溶解、扩散及化学结合。
钎焊金刚石工具与单层电镀金刚石工具相比，金刚石钎焊工具结合强度高，出刃高度大，容屑空间大，耐磨削、耐高温性能优异[1]。
使用寿命长，这些优益的特性越来越广泛应用于石材、精密陶瓷、有色金属等材料的加工。
在金属结合剂金刚石工具的制造工艺中，传统的制作方法是高温烧结金刚石工具和电镀金刚石制品，以上两种工具中金刚石与结合剂强度较低。
金刚石硬度高并且物理机械性能优良决定了金刚石工具在加工硬脆材料中的优势。
钎焊金刚石工具上虽然解决了结合力大可适用于高速的切削，但是由于钎焊时的温度比较高，所以金刚石很容易受到热损伤，这样一来其强度大大降低，在较大负荷磨削过程中，被固定到基体上的金刚石很容易发生破碎、断裂，甚至整体脱落，这种情况说明了在钎焊过程中金刚石与基体的结合面存在较大应力，为了推动钎焊金刚石工具的快速发展，近年来国内外针对钎焊金刚石工具质量的研究越来越热，除了对钎焊后结合桥分类外，更多的是金刚石的表面镀覆、颗粒的重排，金刚石的表面金属化是金刚石钎焊工具中研究较多的。
从金刚石包衣到金刚石的表面金属化是一个跨越的进步，金刚石表面金属化不仅使得金刚石具有优良的导热导电性、热稳定性，其次也改变了它的理化性能，提高了对金属的的润湿性。
1.2研究的目的与意义1．2．1研究的目的研究钎焊金刚石工具说简单很简单，金刚石工具中无论烧结或者电镀都不能满足现在工业的发展。
许多硬脆的材料的加工要求速度高、效率高以及表面精度高，高要求就需要我们对金刚石工具进行革新，但是一直以来钎焊金刚石工具的1金刚石磨粒脱落、流失严重，这样不仅缩短了金刚石工具的寿命，还影响加工效率，我们研究的精要就是解决金刚石工具金刚石与基体的连接强度。
结合剂对金刚石的把持力从表面分析有三种：机械镶嵌力、物理吸附力和化学键的化学结合力，其中物理吸附力可以忽略不计，而机械镶嵌力取决于胎体的孔隙率和胎体的硬度和强度，化学结合力最大[3]。
铬对金刚石润湿性和把持力的影响肖长江;李娟;栗正新【摘要】以 Al 基结合剂为基体，研究了加入不同质量分数 Cr 的 Al-Cr 合金对金刚石的润湿性的影响。
以Al-Cr 合金为基体，加入金刚石，用热压烧结的方法得到金刚石节块，测量了节块的抗弯强度。
实验结果表明：在Al 中加入质量分数为3%和5%的 Cr 对金刚石的润湿性没有改善，但可提高把持力。
把持力提高的原因是Al 基基体和金刚石之间反应生成了一层中间物，加强了 Al 基结合剂和金刚石之间的黏结，提高了胎体对金刚石的把持力。
%With Al-matrix bond as matrix,the wettability of Al-Cr alloy with different Cr mass fractions on diamond was studied.Taking Al-Cr alloy as matrix,added with diamond,diamond segments was fabricated by a hot pressing method,and the bending strength of diamond segments was measured.Results showed that the addition of 3wt% and 5wt% Cr in Al matrix did not improve the wettability of Al-Cr alloy,but increased the holding force.Reasons for the increase of holding force was that an intermediate layer was formed between the Al-matrix bond and diamond,strengthening the bond between Al matrix and diamond and increasing the holding force.【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P33-36,41)【关键词】Al基结合剂;润湿性;金刚石节块;把持力【作者】肖长江;李娟;栗正新【作者单位】河南工业大学材料科学与工程学院，郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院，郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院，郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TQ164;TB333金属基金刚石工具常用结合剂类型有Co基、Fe基、Cu基、青铜基等。
在国内,Al 基结合剂金刚石工具很少见，研究也正处于起步阶段。
Al作为结合剂有以下优点[1-2]: (1)Al及其合金对金刚石的润湿性较好, Al基合金有较好的阻尼性能，有一定的吸振性；(2)Al基结合剂烧结温度低, 可节约能源，降低金刚石工具成本和改善加工环境。
另一方面, Al基结合剂存在以下缺点: (1)强度和硬度较低,黏性大；(2)相比其他常见金属结合剂, Al基结合剂的热膨胀系数与金刚石相差较大, 在制备过程中可能会导致Al基结合剂与金刚石界面间结合不好, 影响金刚石工具的使用性能。
在实际生产中，人们研究发现：Al基金刚石磨轮与树脂基磨轮生产成本基本相当, 但使用寿命比树脂金刚石磨轮提高3倍以上[3]。
由于金刚石具有共价结构，表面能很高, 导致大多数纯金属不能对金刚石很好的浸润。
研究发现：在纯金属中加入其他元素，会增加金属对金刚石的湿润性。
比如，Yang L等[4]在Cu中加入Cr，增加了Cu-Cr合金对金刚石(石墨)的湿润性。
同时，人们还发现：凡是能与碳形成碳化物的金属，均能浸润金刚石及石墨,诸如Si、Fe、Co、Ni等。
此外，金刚石与石墨的表面状态相同, 一种金属液若能浸润石墨, 也就能够浸润金刚石，这样为研究金刚石的浸润性提供了方便[5]。
关于Al及其合金对金刚石湿润性的文献报道较少。
1992年孙毓超等[5]对Al-Cu-Ni稀土合金对金刚石的润湿性进行了研究，初步揭示了金属黏结剂对金刚石润湿行为的机制。
本实验以Al基结合剂为基体，研究在Al中加入不同质量分数的Cr对金刚石的润湿性的影响，分析强碳化物形成元素对润湿性的影响，然后以Al-Cr合金为基体，加入金刚石，用热压烧结的方法得到金刚石节块，测量不同质量分数Cr下Al基结合剂对金刚石的把持力，进一步分析润湿性与把持力之间的关系。
1 实验材料及方法1.1 材料和设备润湿性实验用到的金属主要有Al≥99.996%、Cr≥99.98%、日本东洋公司灰分小于0.002%的高纯石墨板(纯度为99.99%)。
在润湿性试验中，加入质量分数为3%和5%的Cr；在金刚石节块实验中，加入质量分数为1%、3%和5%的Cr。
选用的金刚石为SCD30系列40/50，Al基结合剂金刚石节块中的金刚石浓度为50%。
合金的熔炼使用真空非自耗电弧熔炼炉。
润湿性的测试使用高温润湿性测试设备如图1所示。
图1 高温润湿性测试仪1.2 润湿性测试测试Al及其合金对石墨(以高纯石墨代替金刚石)的润湿性。
润湿性测试所采用方法为改良座滴法。
利用液滴形状分析软件 SESDROPD 和FTA32 等对图像进一步处理以获得润湿角、液滴高度和液滴铺展直径等数据。
铺展结束之后，断开加热电源，使炉内降至室温，降温速度约为30 ℃/min。
本实验中发现合金熔滴铺展一定时间之后发生变形，其外轮廓不再是规则的球冠状，因此实验中熔滴变形之后便断电降温。
1.3 Al基结合剂金刚石节块的烧结用天平按配方称取Al粉、Cr粉和金刚石；然后将金属粉末与金刚石在球磨机中混合均匀；混好之后将混合料取出并在真空干燥箱中干燥、再过筛；之后装入石墨模具中，放在RYJ-2000K型真空烧结压机；烧结参数为：烧结温度为420 ℃，保压压力为3 MPa，保温时间为3 min。
1.4 性能测试与表征Al基结合剂金刚石节块抗弯强度的测试在INSTRON-5569 型万能材料试验机上完成。
同一条件下抗弯强度测试的样品数量为5 个，将样品的抗弯强度值进行平均，即为该条件下样品的最终抗弯强度值。
抗弯强度测试后，保护好断裂试样的断面，然后用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)观察其断面形貌，断面成分用扫描电子显微镜附带的能谱分析仪(energy dispersed X-ray micro-analyzer, EDX)来测试。
2 结果与讨论2.1 Al-Cr在石墨板的润湿行为图2为Cr质量分数为5%的Al-Cr合金在选取部分时间点时，在高纯石墨基板上润湿过程中，液滴形状变化的具体过程，液滴在润湿过程中由开始的球形变成最后的球冠状。
图3给出了Al-Cr合金中质量分数分别为0%、3%和5%Cr的润湿角、液滴铺展直径随时间的变化曲线。
结合图2和图3a，可以看出：(1)纯Al及Al-Cr 合金在石墨板上的润湿过程持续时间非常的短，且都小于300 s，当继续延长润湿时间时液滴发生变形，其外轮廓不再是规则的球冠状；(2)在前50 s内纯Al及合金在石墨板上迅速铺展，润湿角减小的非常快，50 s之后润湿角减小速度开始放缓；(3)Cr质量分数为3%和5%时，润湿角随时间变化规律与纯Al时类似，添加Cr并不能降低Al对石墨润湿角的影响。
从图3b中可以看出：液滴铺展直径随时间的变化规律与润湿角随时间的变化规律正好相反；液滴铺展直径随时间增加而增加，这是因为随着液滴在石墨基板上的铺展液滴的铺展直径增加而液滴的高度减小。
同样，与接触角随时间的变化规律类似，液滴铺展直径在前50 s内迅速增加，50 s之后液滴铺展直径的增加速度减小；同时，从图3中可以看出：Cr质量分数为3%和5%时，液滴铺展直径随时间变化规律与纯Al时有基本一致的变化规律。
图2 质量分数为5%Cr的Al-Cr合金在石墨基板上润湿过程中液滴形状的变化(a) 润湿角随时间变化曲线(b)液滴铺展直径随时间变化曲线图3 不同质量分数Cr的Al-Cr合金在石墨基板上润湿角和液滴铺展直径随时间的变化曲线表1给出了不同质量分数Cr下Al-Cr合金对石墨润湿性实验中的起始润湿角、起始液滴铺展直径及最终润湿角、最终液滴铺展直径数据。
从表1中可以看出：Cr 质量分数为3%和5%时的起始润湿角基本接近，但是要比纯Al时的起始润湿角要稍大一点。
起始液滴铺展直径和最终液滴铺展直径与起始润湿角和最终润湿角的规律类似，只不过是刚好相反。
表1 不同质量分数Cr的Al-Cr合金对石墨的湿润性Cr的质量分数w/ %起始润湿角θ/(°)最终润湿角θ/(°)起始液滴铺展直径d/cm最终液滴铺展直径d/cm0139.952.30.250.533156.653.90.190.535154.254.60.190.53综合不同质量分数Cr的Al合金在石墨板的润湿行为分析可知：纯Al及Al-Cr合金在石墨板的润湿过程，可以分为三个阶段：快速铺展阶段，铺展放缓阶段，液滴变形阶段。
添加Cr质量分数3%和5%时，并不能改善Al对石墨的润湿性。
2.2 Cr对Al基结合剂金刚石节块把持力的影响对金属结合剂金刚石工具来说，一般都用把持力系数(F)来反映胎体对金刚石的把持力[6]。
表2给出了Cr质量分数分别为0%、1%、3%和5%时胎体和节块的抗弯强度以及把持力系数。
从表2中可以看出：随着Cr质量分数的增加，胎体的抗弯强度从纯Al时的59.9 MPa增加到Cr质量分数为5%时的88.5 MPa，增加幅度为47.75%。
对节块的抗弯强度来说，随着Cr质量分数的增加也相应增加，节块的抗弯强度从纯Al时的39.1 MPa增加到Cr质量分数为5%时的85.0 MPa，增加幅度为117.34%，远大于胎体抗弯强度的增加幅度。
而且，把持力系数从纯Al的65.3%依次增加到Cr质量分数为1%时的77.1%，提高幅度为18.2%，Cr质量分数为3%时的87.8%提高幅度为34.4%和Cr质量分数为5%时的96.0%，提高幅度为47.1%，即把持力随Cr质量分数的增加而增强。
与前面润湿性数据比较可以发现，添加Cr没有改善润湿性，但却提高了把持力。
说明随着Cr质量分数的增加而增强的把持力与其润湿性无关，而与其他原因有关。
人们一般认为：像Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cr等强碳化物形成元素加入到纯金属中，一方面能对金属基体产生固溶强化；另一方面，在金属结合剂金刚石工具中，主要是与金刚石之间反应生成了一层中间物，加强了Al基结合剂和金刚石之间的黏结，提高了胎体对金刚石的把持能力[7-8]。
