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金属结合剂金刚石砂轮中铝基结合剂性能优化研究

更新时间:2009-03-28

金属结合剂金刚石砂轮广泛用于磨削加工硬脆材料,如陶瓷、玻璃、石材、混凝土以及新兴工业材料(半导体硅、蓝宝石、电子陶瓷)[1]。青铜结合剂作为传统的金属结合剂的一种,具有好的成形性、导热性、低温烧结性、耐磨性及高的强度,一直被广泛应用。近年来,铝基结合剂得到了人们的关注。TANAKA等[2]用放电等离子烧结法制备Al/Fullerene、Al/Diamond砂轮,用来抛光半导体硅片,获得了纳米级的表面粗糙度。肖长江等[3-4]研究铝中添加Ti和Cr合金元素对金刚石的润湿性和把持力的影响。添加的Ti显著改善了金刚石的润湿性,提高了对金刚石的把持力;添加的Cr对金刚石的润湿性没有改善,但可以提高对金刚石的把持力。徐俊杰等[5]用热压烧结法制备Al-Cu-Mg-Ti-Cr结合剂金刚石砂轮,Cu的质量分数为4.5%时,铝基结合剂对金刚石包镶能力较好,胎体综合力学性能最优。Cu的加入促进Al2CuMg强化相和Al3Ti、Al2Cr弥散相的形成,细化了晶粒,阻碍了位错运动而强化了胎体。黎克楠等[6-7]通过热压烧结制备Al-Cu-Sn-Ni结合剂,研究了Mg和Ti对铝基结合剂性能的影响。Mg和Ti都能降低铝基结合剂的烧结温度,细化晶粒并生成强化相,可提高结合剂的强度和硬度。王双喜等[8]制备了多种铝基结合剂磨轮,Al-Sn-Ti-Ni-Co系列结合剂在 300 ℃烧结制备的金刚石磨轮,结合剂的韧性比较适合修整陶瓷砖,结合剂对金刚石把持力好,陶瓷砖磨削时金刚石出刃较高,成本和树脂结合剂相当,寿命是树脂结合剂的3倍。

过共晶AlSi20合金导热性能好,线膨胀系数低,具有一定强度、硬度、耐磨性以及耐蚀性,且Al、Si元素和金刚石又具有一定亲和力。本研究以过共晶AlSi20合金为主体,加入强化铝的常用元素Cu、Zn、Mg、Mn,制定正交试验方案,研究合金元素对铝基结合剂性能的影响规律,为提高金刚石砂轮性能提供参考。

为避免陀螺进入失锁状态,利用半导体激光器波长热调谐的特点,在传统电流伺服回路的基础上加入激光温度调谐组成新的双重锁频系统,如图3所示。

1 实验原料和方法

1.1 实验原料

AlSi20合金粉为主元,添加Cu、Zn、Mg、Mn等元素制备铝基结合剂试样。表1列出了所用原料的主要性能,5种粉末SEM形貌如图1所示。

翻译诗学本体论是书中建构的翻译诗学体系的哲学基础,保证了研究的深入性。作者从语言本体论出发,关照了中西诗学的契合和差异,并生发出诗歌翻译的本体论。研究提出,中国的“名象观”和西方现象学意义观都揭示出对译出语意义的认识应该具有整体构成观念;和诗歌创作类似,译者也应该将“兴”作为翻译的最高境界,在主客相容、物我两忘的“神思”境界中,实现译文对原文的有机“化通”。

 

表1 实验粉末性能

  

粉末制取方式激光粒度D50/μm松装密度ρ/(g/cm3)流动性t/(s/50g)粉末形状氧质量分数wOAlSi20气雾化22.881.306.20球形,近球形0.24%Cu电解 32.661.9546.20树枝状0.15%Zn蒸馏 5.492.94不流球形0.37%Mn球磨 9.832.7334.00多角形0.35%AlMg50球磨 24.460.65不流多角形0.26%

  

(a)AlSi20粉(b)Cu粉(c)Zn粉(d)Mn粉(e)AlMg50粉图1 5种粉末SEM形貌图

1.2 实验方法

1.2.1 实验工艺流程

实验工艺流程图如图2所示。

  

图2 实验工艺流程图

(5)采用了对半式柔性橡胶套,使集果装置能紧固在各类果树树干上,增加了适用性。本装置不依靠动力实现采收,因此不消耗能源不对环境造成污染。

m1——试样在空气中的质量,g;

 

表2 正交试验设计表

  

水平因素A(Cu)B(Zn)C(Mg)D(Mn)12%2%0.5%15%24%4%1.0%20%36%6%1.5%25%

1.2.3 热压烧结工艺流程

AlSi20粉的烧结工艺流程为:(1)从400 ℃开始匀速升温,温度达到500 ℃时保温2 min, 保压压力20 kN;(2)匀速升温达到530 ℃保温2 min,保压压力25 kN;(3)再匀速升温至550 ℃保温5 min,保压压力25 kN;(4)随炉冷却至室温。升温速率为60 ℃/min。

其他9组试样的烧结工艺流程为:(1)从400 ℃开始匀速升温,温度达到500 ℃保温2 min,保压压力20 kN;(2)匀速升温至510 ℃保温2 min,保压压力25 kN;(3)再匀速升温至520 ℃保温5 min,保压压力25 kN;(4)随炉冷却至室温。升温速率为60 ℃/min。

1.2.4 试样性能检测

(1)采用阿基米德排水法测密度,每组测试5个试样,并计算平均值,再计算致密度。

 

(1)

式中:ρ——试样的密度,g/cm3

ρ0——水的密度,ρ0=1 g/cm3

设置了AlSi20粉不添加合金元素的烧结试样作为原始对照试样。为了强化AlSi20的强度、硬度以及提高结合剂的脆性,确定出合适的合金成分,添加不同质量分数的Cu、Zn、Mg、Mn等4个合金元素,在前期实验的基础上设计了四因素三水平正交表L9(34),进行9种不同成分合金试样的烧结制备。正交试验设计如表2所示。

重晶石取自贵州镇宁,含BaSO4 86.88%,BaCO3 0.22%,SrSO4 0.23%,SrCO3 0.022%,SiO2 11.26%,Fe2O3 0.014%,Al2O3 0.13%;无烟煤由贵州某厂提供,含C 74.02%,SiO2 6.17%,Fe2O3 5.35%,Al2O3 2.16%。制得的重晶石熟料成分分析结果见表1。

m2——试样在水中的质量,g。

致密度等于试样密度除以其理论密度,理论密度按文献[9]计算。

(2)用HR-150A型洛氏硬度计测硬度,每个试样测试5个点,除去最大、最小值,取平均值。

(3)三点弯曲试验在CMT4304 型电子万能实验机上进行,每组测试5个试样并计算平均值。根据加载力、试样尺寸、跨距来计算试样的抗弯强度。

综合以上结论,给予护士正确的社会支持,有利于降低护士的职业倦怠感和工作压力,可提升护士工作效率和积极性。社会利用度、社会支持和管理及人际关系、时间分配及工作量、职业倦怠感、护理专业工之间呈现出负相关性。

 

(2)

式中:σ——试样抗弯强度,MPa;

F——试样断裂时的加载力,N;

L——支架两点之间的跨距,mm;

b——试样宽度,mm;

(3)组合A1B2C2D2A1B3C3D3有高的硬度和合适的抗弯强度,对金刚石包镶良好,具有很高的脆性,可以提高铝基结合剂金刚石砂轮磨削自锐性。

(4)用JSM-6400 型扫描电子显微镜观察抗弯强度测试折断后的试样断口形貌。

2 实验结果与分析

2.1 样品性能实验结果

原始对照组AlSi20在550 ℃烧结后试样致密度为94.63%,硬度为HRB 41,抗弯强度为176.89 MPa。正交试验9组试样烧结后的致密度、硬度、抗弯强度测试结果如表3所示。

 

表3 试样正交试验各项性能测试结果

  

试验编号因素ABCD致密度K硬度HRB抗弯强度σ/MPaa111198.15%105342.97b122298.54%113266.32c133398.92%118229.42d212398.59%120176.25e223198.81%110220.74f231298.82%116215.31g313298.62%110218.29h321398.79%119165.80i332198.86%113220.70

2.2 性能实验结果分析

2.2.1 试样致密度正交试验结果分析

表4是烧结试样致密度测试结果的极差分析表。

 

表4 烧结试样致密度正交试验结果极差分析表

  

序号ABCDk198.54%98.45%98.59%98.61%k298.74%98.71%98.66%98.66%k398.76%98.87%98.78%98.77%极差值R0.22%0.42%0.19%0.16%

由表3、表4中数据可以看出:添加合金元素的9组试样和没有添加合金元素的试样相比,致密度都有很大的提高,各个因素的极差值R的大小顺序R(Zn)>R(Cu)>R(Mg)>R(Mn),即各个因素对致密度的影响大小顺序为Zn>Cu>Mg>Mn。

太阳能光伏阵列的检测[8-10]关键是对太阳能光伏阵列输出电压、电流信号的采集.但是,电池板串联数量多使得串联整组的电压、电流高,而且每个发电组件之间的电位都有一定的联系.因此,为实现实时监测光伏发电组件的工作状态并上传数据;第一时间定位故障点的具体位置并给出报警信号.对本检测系统的设计提出以下要求:

加入的合金元素都促使试样烧结致密化,降低了烧结温度。Zn和Al的共晶温度为381 ℃,在烧结初期就已先熔化;Cu和Al、Si在522 ℃有共晶点,烧结过程中能生成液相。液相的生成促进了元素的扩散迁移,加速了烧结过程。Mg在烧结过程中,可以消除铝硅粉末表面的氧化膜,促进烧结致密化;材料的熔点随粉末粒径的减小而降低,由于加入的锰粉粒径较小,热压烧结中锰也促进了扩散合金化的进行。

在样品前处理过程中选择合适的固相萃取柱是实现净化的关键。目前针对地西泮及硝基咪唑类净化而使用的固相萃取柱主要有C18柱、HLB柱和混合阳离子交换柱(MCX)[19]。本试验比较了以上3种固相萃取柱的净化效果和回收率,发现C18固相萃取柱是由于溶液pH值较低,化合物普遍回收率偏低且平行性差,过小柱时容易堵塞;选用HLB固相萃取柱时过柱比较顺畅,样品平行性比较好,但是基质效应比较高,峰形偏胖且回收率都低于60%,而选用MCX柱固相萃取柱时,由于试剂的酸碱性使得对地西泮及5种硝基咪唑硝基咪唑类药物均有良好保留,基质效应比较低,峰形比较好,回收率高于85%,净化效果好。

2.2.2 试样硬度正交试验结果分析

建设创新型国家的战略决策需要科技创新能力的进一步提升,而与之相对应的科技政策的制定就显得尤为重要,它必须建立在对科技活动规律全面透彻了解的基础之上。科技查新是以文献为基础,并对其进行检索、分析和深度挖掘,服务于情报调研,从而为科技项目立项、成果鉴定及其评估、验收、转化、奖励等提供客观依据,为科研人员提供丰富而可靠的研发活动信息。查新工作需要查全、查准,并有严格的年限、范围规定,查新报告作为科研项目查新咨询服务的结果显示,具有客观性和鉴证性,涵盖了创新主体、创新内容和创新程度等重要信息,是对科技查新数据中隐含的科技活动规律的客观反映,是一种尚未得到充分挖掘和有效利用的数据资源。

表5是烧结试样HRB硬度测试结果的极差分析表。不同合金元素质量分数对硬度的影响变化趋势曲线如图3所示。

 

表5 试样HRB硬度正交试验结果极差分析表

  

No.ABCDk1112112113109k2115114115113k3114116113119极差值R34210

 
 
 
  

(a)(b)(c)(d)图3 不同合金元素质量分数对硬度的影响

表5中各个因素极差值R的大小顺序为R(Mn)>R(Zn)>R(Cu)>R(Mg) ,即各个因素对硬度的影响大小顺序为Mn>Zn>Cu>Mg。由图3也可以看出:随着Mn含量的增加,结合剂硬度显著增加,Mn在合金中起着固溶强化的作用,同时Mn和Al能生成硬脆的Al-Mn化合物,显著提高结合剂的硬度;随着Zn含量的增加结合剂硬度缓慢增加。Zn在Al中固溶度很高,产生固溶强化作用;Cu在Al中的固溶度为5.65%[10],产生固溶强化作用,温度低时析出Al2Cu提高强度;由于Mg含量较低,Mg对硬度的影响较小。

硬度是反映材料弹性、强度、塑性和韧性等的综合性能指标。金刚石工具胎体中,硬度和耐磨性基本呈正相关关系。高硬度意味着高耐磨性,同时也意味着低塑性,高脆性。金刚石砂轮在磨削硬脆材料时,磨削对象产生的碎屑,同时也会对胎体产生研磨作用,结合剂高的硬度可以提高金刚石砂轮使用寿命。但为了满足金刚石砂轮磨削自锐性的要求,提高胎体硬度后,再通过添加造孔剂,使结合剂在磨削中能像陶瓷结合剂一样脆性断裂。添加合金元素后AlSi20硬度由HRB 41增加到最高HRB 120。因此,添加适量的合金元素达到了预期效果。

有关规则被改变的几种情况,用人工计算方式相对简单。触点式密码的计算十分简易,由于点之间没有线段和折线上的约束条件,这些点之间是无差别的,计算排列的情况总数,仅用知道点的个数即可,等于点数的阶乘。

2.2.3 试样抗弯强度正交试验结果分析

参考文献:

 

表6 烧结试样抗弯强度正交试验结果极差分析表 单位:MPa

  

No.ABCDk1279.57245.84241.36261.47k2204.10217.62221.09233.31k3201.60221.81222.82190.49极差值R77.9728.2220.2770.98

图7a中A1B3C3D3烧结试样断口比A1B2C2D2烧结试样断口更平坦,组织致密、细小;图7b中断口分布着河流花样,有较大的解理台阶和舌状花样,表明其具有更高的脆性;图7c中胎体对金刚石包镶良好。A1B3C3D3烧结试样的硬度HRB 118,抗弯强度229.42 MPa。

在施工过程中,桩基运用逐渐增多。在这种情况下,桩基质量问题也逐渐凸显,进而严重影响了施工质量。通过对已有民用建筑项目工程中桩基质量问题的总结发现,桩基质量问题主要包括:桩头破裂、桩身断裂、桩身破损以及承载力不足等。其中,桩头破损和桩身破损是常见的桩质量问题。除了以上问题,桩基质量问题还包括桩顶不平和桩长度不够等。总之,桩基质量问题的存在对桩基础有重要的影响,因而,应对桩基质量给予高度重视。因此,加强对民用建筑地基和桩基础施工技术的质量控制十分关键[2]。

结合剂的抗弯强度反映结合剂的相对韧性,高的抗弯强度能保证磨削的安全性。考虑到后期引入造孔剂,高的孔隙率会削弱结合剂的强度,相对高一点的抗弯强度是有必要的。

 
 
 
  

(a)(b)(c)(d)图4 不同合金元素质量分数对抗弯强度的影响

2.3 试样断口形貌观察

AlSi20烧结试样断口形貌如图5所示。综合结合剂强度、自锐性、安全性等因素选择2个具有代表性的组合A1B2C2D2A1B3C3D3,分别加入100%浓度的70/80的金刚石,观察结合剂对金刚石的包镶情况。A1B2C2D2A1B3C3D3加入金刚石前后的烧结试样断口形貌分别如图6和图7所示。

1.2.2 正交试验设计

  

(a)(b)图5 AlSi20烧结试样断口形貌图

  

(a)(b)(c)图6 A1B2C2D2加入金刚石前后的烧结试样断口形貌

  

(a)(b)(c)图7 A1B3C3D3加入金刚石前后的烧结试样断口形貌

断口形貌和显微组织与机械性能之间有紧密的联系[11],根据断口可以判断材料的韧性和脆性。图5中AlSi20烧结试样断口组织疏松、粗大,有孔洞等缺陷。沿晶韧窝深浅不一,晶界结合较弱。从断口形貌可以得出AlSi20烧结试样机械强度不高,断裂属于韧性断裂。

图6a中A1B2C2D2烧结试样断口平坦光亮,组织致密细小、无明显缺陷;图6b中形貌呈河流花样,有解理台阶以及大量的舌状花样,属典型脆性断裂的形貌特征;图6c中胎体对金刚石包镶良好,无明显缝隙,表明胎体对金刚石的把持力较高。A1B2C2D2烧结试样的硬度HRB 113,抗弯强度266.32 MPa。

合金元素的添加产生了强化的效果,从表6可看出:各个因素极差值R的大小顺序为R(Cu)>R(Mn)>R(Zn)>R(Mg) ,即各个因素对抗弯强度的影响大小顺序为Cu、Mn、Zn、Mg。从图4可知:σ在铜质量分数为2%时最高,在Cu质量分数超过4%以后缓慢减少;Zn和Mg质量分数的变化对σ的影响曲线相对平缓;σ随Mn质量分数的增加而减小,过多的Mn对抗弯强度不利。

3 结论

(1)添加合金元素Cu、Zn、Mg、Mn可降低AlSi20的烧结温度,促进了烧结致密化,使铝基结合剂有较高的致密度。

(2)合金元素对硬度的影响大小顺序为Mn>Zn>Cu>Mg。Mn对AlSi20的硬度提高有很大作用,主要是生成了硬脆的Al-Mn化合物所致;合金元素对AlSi20抗弯强度的影响大小顺序为Cu>Mn>Zn>Mg。抗弯强度随Cu、Mn质量分数的增加显著减小,过多的Cu、Mn对AlSi20抗弯强度是不利因素。

h——试样高度,mm。

表6是烧结试样抗弯强度测试结果的极差分析表。不同合金元素质量分数对抗弯强度的影响变化趋势曲线,如图4所示。

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1.1 药物及试剂 白藜芦醇、D-半乳糖、γ-谷氨酰半胱氨酸连接酶(GCL)测定试剂盒、还原型谷胱甘肽(GSH)测定试剂盒均购于北京索莱宝科技有限公司;总蛋白(TP)测定试剂盒购于长春汇力生物技术有限公司。

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结核病是由结核杆菌感染引起的慢性传染病。结核菌可能侵入人体全身各种器官,但主要侵犯肺脏,称为肺结核病。结核病是青年人容易发生的一种慢性和缓发的传染病。潜伏期4~8周[1]。其中80%发生在肺部,其他部位(颈淋巴、脑膜、腹膜、肠、皮肤、骨骼)也可继发感染。

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将我院2016年12月—2017年10月期间收治的股骨头坏死患者50例纳入研究,依据随机数字表法将其分为实验组和参照组,每组患者25例;实验组男(n=15),女(n=10),年龄为30~57岁,平均年龄为(38.65±1.21)岁,病程为1~3年,平均病程为(2.15±0.15);参照组男(n=13),女(n=12),年龄31~56岁,平均年龄为(38.62±1.24)岁,病程为2~2.5年,平均病程为(2.18±0.17)。比较两组患者基础资料,最终呈现的检验结果为P>0.05,不具有统计学意义。本次研究经医院伦理委员会允许,所有患者均自愿同意,并与医院签署了知情书。

 
陈克鑫,刘一波,曹彩婷,刘伟
《金刚石与磨料磨具工程》2018年第02期文献

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