【摘 要】
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聚晶金刚石材料是一种通过高温高压烧结合成的超硬材料,具有高硬度、高耐磨型、高耐腐蚀性等优异的服役性能,随着太空技术的不断发展,聚晶金刚石材料在空间钻探及太空环境装备轴承零件等方面同样具有广泛的应用前景。本研究利用MSTS-1型多功能真空摩擦磨损试验机模拟太空环境探究不同镀膜粉体烧结聚晶金刚石复合片与氮化硅（Si3N4）对磨球对磨时的摩擦学性能。通过对比不同真空度、不同PDC条件下的摩擦系数、磨损形
【基金项目】
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国家自然科学基金（51875537,41572359,51375466）; 北京市科技新星计划（Z171100001117059）
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聚晶金刚石材料是一种通过高温高压烧结合成的超硬材料,具有高硬度、高耐磨型、高耐腐蚀性等优异的服役性能,随着太空技术的不断发展,聚晶金刚石材料在空间钻探及太空环境装备轴承零件等方面同样具有广泛的应用前景。本研究利用MSTS-1型多功能真空摩擦磨损试验机模拟太空环境探究不同镀膜粉体烧结聚晶金刚石复合片与氮化硅（Si3N4）对磨球对磨时的摩擦学性能。通过对比不同真空度、不同PDC条件下的摩擦系数、磨损形貌等,并通过后期如SEM、EDS等表征手段总结粉体镀膜烧结聚晶金刚石的真空摩擦学规律,探究粉体镀膜对聚晶金刚石真空摩擦学机理的影响。研究结果表明:（1）三种聚晶金刚石（P-PDC、Ti-PDC、B-PDC）尽管在摩擦系数与磨损状况尚存在一定差异,但是其摩擦磨损机理并未发生明显改变。摩擦学行为均表现为在高真空条件下高摩擦系数伴随高粘附,低真空条件下磨损轻微且摩擦系数较小。这是由于在高真空条件下PDC表面钝化膜解吸附,从而导致严重的黏着磨损。对磨副界面间由于悬键键合产生的粘附力导致高真空条件下的高摩擦系数与高磨损。而不同金刚石颗粒间在真空条件下摩擦学性能的差异则与不同PDC金刚石颗粒间的结合力不同有关。（2）根据XRD分析,金刚石粉体镀钛烧结聚晶金刚石会在烧结过程中生成Ti C相,结合SEM形貌与EDS能谱,Ti元素主要以Ti C相的形式存在于金刚石颗粒的间隙处,从而使得一部分金刚石颗粒间弱结合的区域转变为化学键结合,从而提升金刚石颗粒间的结合强度,使得PDC表面金刚石颗粒不易在粘附力的作用下被拔起,从而使得其在真空条件下的摩擦磨损性能有所提升。（3）根据真空摩擦学实验的结果,B-PDC的真空摩擦磨损性能较之P-PDC无明显提升,其在高真空条件下的稳定摩擦系数均高于同条件下的P-PDC。根据冲击试验的结果表明,B-PDC的抗冲击韧性较之P-PDC有一定程度的下降,可推断B-PDC金刚石颗粒间的结合强度较之P-PDC稍差。这可能是由于烧结过程中产生的气相使得生成的B4C相无法连续地在金刚石颗粒间形成强化相。因此尽管B-PDC的热学性能有一定提升,但粉体镀硼对于PDC的真空摩擦学性能无明显提升。
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