【摘 要】
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硬质合金是一种具有优秀力学性能的材料,广泛应用于切削、钻孔等领域。采用化学机械抛光加工硬质合金可以有效地提高硬质合金的表面质量,从而提高其使用寿命。但是在加工过程中产生的表面损伤对硬质合金的稳定性、使用寿命有着重要影响,因此,对硬质合金化学机械抛光中表面损伤的形成机理进行研究,探讨如何减少硬质合金在化学机械抛光中产生的表面损伤是有必要的。本课题以YG8硬质合金刀片为研究对象,围绕化学机械抛光硬质合
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硬质合金是一种具有优秀力学性能的材料,广泛应用于切削、钻孔等领域。采用化学机械抛光加工硬质合金可以有效地提高硬质合金的表面质量,从而提高其使用寿命。但是在加工过程中产生的表面损伤对硬质合金的稳定性、使用寿命有着重要影响,因此,对硬质合金化学机械抛光中表面损伤的形成机理进行研究,探讨如何减少硬质合金在化学机械抛光中产生的表面损伤是有必要的。本课题以YG8硬质合金刀片为研究对象,围绕化学机械抛光硬质合金的表面损伤进行研究,完成了以下工作:(1)通过离散元仿真法,对化学机械抛光硬质合金中磨粒的机械作用进行研究。仿真结果表明,抛光压力的增加会导致压痕深度和局部应力的增加,造成更严重的表面损伤层。抛光盘转速增加会使表面损伤程度变严重,但当抛光盘转速达到一定值(70rpm)后,由于磨粒与工件的接触时间减少,表面损伤程度会降低。当抛光压力为21N、转速70rpm时能获得较好的表面质量,此时裂纹数量较少,中位裂纹深度较小,材料去除率也能达到要求。然后,通过单因素仿真实验验证了仿真结果的正确性。(2)通过实验探究了化学机械抛光硬质合金中的化学作用。首先,通过单因素实验优选硬质合金刀片CMP的腐蚀剂,实验结果表明,高锰酸钾和双氧水更适合作为硬质合金CMP的腐蚀剂,不仅具有较高的材料去除率,表面质量也较好,然后,通过腐蚀实验研究了高锰酸钾和双氧水对硬质合金CMP的化学作用,实验结果表明,高锰酸钾在硬质合金表面上生成了一层新的腐蚀斑。由于粘结剂Co被腐蚀析出,双氧水在硬质合金表面生成细小的腐蚀坑。(3)通过实验研究了化学机械抛光硬质合金中表面损伤的变化过程。首先,分别以高锰酸钾和双氧水作腐蚀剂进行了CMP表面损伤实验,实验结果表明:当采用高锰酸钾作腐蚀剂时,硬质合金刀片表面生成了硬度较低的腐蚀斑,在磨粒的作用下形成较深的划痕和腐蚀凹坑。当采用双氧水做腐蚀剂时,由于双氧水的氧化作用造成粘结相Co析出,在硬质合金刀片表面生成了腐蚀凹坑和很浅的划痕。然后,通过实验研究了腐蚀凹坑的形成机理,发现腐蚀凹坑的形成分为四个阶段:原始凹坑和划痕的生成、在化学和机械的共同作用下形成腐蚀凹坑、划痕和腐蚀凹坑的面积增大和数量增加、表层材料的去除。实验还发现当减少磨粒的机械作用时,可以减少腐蚀凹坑的产生。
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