劉景文　周后明　周　文　鄧建新　張高峰　周友行

1.湘潭大學(xué)，湘潭，411105　　　2.山東大學(xué)，濟(jì)南，250100

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基于固體潤(rùn)滑劑與原位反應(yīng)雙機(jī)制自潤(rùn)滑陶瓷刀具

劉景文1周后明1周文1鄧建新2張高峰1周友行1

1.湘潭大學(xué)，湘潭，4111052.山東大學(xué)，濟(jì)南，250100

采用真空熱壓燒結(jié)工藝，以Al2O3/TiB2為基體、CaF2為添加劑制備了Al2O3/TiB2/CaF2(ABF)自潤(rùn)滑陶瓷刀具，并對(duì)其進(jìn)行了摩擦磨損試驗(yàn)和淬硬鋼干切削試驗(yàn)。在摩擦磨損試驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)定了4種不同CaF2含量的ABF陶瓷材料樣品。摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，ABF材料的平均摩擦因數(shù)隨著CaF2含量的增加而減小，這是因?yàn)楣腆w潤(rùn)滑劑CaF2在磨損過(guò)程中生成的潤(rùn)滑膜起到了一定的減摩作用。將ABF刀具和普通陶瓷刀具(AG2)在120 m/min切削速度下對(duì)45淬硬鋼進(jìn)行干切削試驗(yàn)，切削試驗(yàn)結(jié)果表明，ABF前刀面的平均摩擦因數(shù)比AG2陶瓷刀具前刀面的平均摩擦因數(shù)要顯著偏小，主要原因是ABF自潤(rùn)滑陶瓷刀具在高速切削時(shí)，固體潤(rùn)滑劑CaF2和自身TiB2的原位反應(yīng)同時(shí)生成了潤(rùn)滑膜，這種雙重機(jī)制下生成的潤(rùn)滑膜具有極佳的潤(rùn)滑性能，其潤(rùn)滑效果隨溫度和切削速度的增加而顯著提高。

陶瓷刀具；自潤(rùn)滑；摩擦磨損；干切削

0　引言

自潤(rùn)滑刀具是指刀具材料自身具有減摩和抗磨作用，在沒(méi)有外加潤(rùn)滑液或潤(rùn)滑劑的條件下，刀具材料本身就有潤(rùn)滑功能。實(shí)現(xiàn)刀具自潤(rùn)滑的意義在于：可減小摩擦、減小磨損、省掉冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)、克服切削液造成的環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)、降低成本以及減小設(shè)備投資。因此，可以說(shuō)自潤(rùn)滑刀具是一種潔凈的綠色加工刀具[1]。綜合目前的研究進(jìn)展，根據(jù)作用機(jī)理，實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑功能的刀具可歸納為以下三大類(lèi)：①軟涂層自潤(rùn)滑刀具；②添加固體潤(rùn)滑劑的自潤(rùn)滑刀具；③原位反應(yīng)自潤(rùn)滑刀具[2]。軟涂層自潤(rùn)滑刀具是將固體潤(rùn)滑劑通過(guò)涂層的方式直接涂覆于刀具表面，從而實(shí)現(xiàn)刀具的自潤(rùn)滑功能。德國(guó)Cubring公司開(kāi)發(fā)的“MOVIC”軟涂層工藝，就是在刀具表面涂覆一層MoS2；趙金龍等[3]對(duì)MoS2軟涂層自潤(rùn)滑刀具進(jìn)行了研究，結(jié)果表明涂層刀具的摩擦力和摩擦因數(shù)均有減小，MoS2/Zr涂層在刀具和切屑之間起到潤(rùn)滑劑的作用，從而減少了刀具的磨損。Fox等[4]在沒(méi)有使用切削液的情況下用MoS2/Ti軟涂層刀具進(jìn)行了干鉆削孔試驗(yàn)，結(jié)果表明可顯著提高鉆孔數(shù)量，刀具具有較好的自潤(rùn)滑功能。添加固體潤(rùn)滑劑的自潤(rùn)滑刀具是將固體潤(rùn)滑劑直接添加到刀具制備材料中，制備成含有固體潤(rùn)滑劑的復(fù)合型刀具。陳曉虎[5]研究發(fā)現(xiàn)添加BN的Al2O3在摩擦試驗(yàn)中，BN逐漸轉(zhuǎn)移成潤(rùn)滑薄膜，在摩擦磨損接觸區(qū)域能夠形成持續(xù)穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜，起到較好的潤(rùn)滑效果。曹同坤等[6-7]采用熱壓法，以CaF2為固體潤(rùn)滑劑，以Al2O3/TiC為基體，制備出自潤(rùn)滑陶瓷刀具，并對(duì)其進(jìn)行了干切削試驗(yàn)，結(jié)果表明，在Al2O3/TiC/CaF2刀具前刀面上形成的一層固體潤(rùn)滑膜，可起到減摩作用。原位反應(yīng)自潤(rùn)滑刀具是利用切削高溫作用下的摩擦化學(xué)反應(yīng)，在刀具表面原位生成具有潤(rùn)滑作用的反應(yīng)膜，從而實(shí)現(xiàn)刀具的自潤(rùn)滑。李彬等[8-9]用熱壓法制備了Al2O3/ZrB2/ZrO2原位反應(yīng)自潤(rùn)滑刀具材料，系統(tǒng)研究了其高溫特性、摩擦磨損特性和減摩機(jī)理，以及在不同氣氛(N2、空氣)中該刀具的切削性能，結(jié)果表明，切削高溫下刀具表面原位反應(yīng)生成的氧化膜B2O2具有較好的自潤(rùn)滑性能。Deng等[1]以TiB2為添加劑，Al2O3為基體，制備了Al2O3/TiB2陶瓷刀具，并將其對(duì)淬硬鋼進(jìn)行了高速干切削試驗(yàn)，結(jié)果表明：在干切削淬硬鋼時(shí)，當(dāng)切削速度大于120 m/min時(shí)，Al2O3/TiB2陶瓷刀具開(kāi)始表現(xiàn)出高溫自潤(rùn)滑性能。自潤(rùn)滑膜在刀具表面起到固體潤(rùn)滑劑的作用，進(jìn)而降低前刀面的摩擦因數(shù)，減輕刀具的黏著磨損，提高刀具的耐磨性能，具有良好的減摩和抗磨作用。

原位反應(yīng)自潤(rùn)滑刀具非常適用于高速干切削，但是由于切削過(guò)程中的高溫氧化反應(yīng)無(wú)法控制，且必須在特定高溫下才能發(fā)生反應(yīng)，因此在低速切削或溫度不夠時(shí)，刀具仍然處于干切削而未潤(rùn)滑的工作環(huán)境。CaF2是一種高溫潤(rùn)滑材料，在250～700 ℃范圍內(nèi)能有效進(jìn)行潤(rùn)滑，即使溫度超過(guò)1000 ℃仍能保持良好潤(rùn)滑性能[7]。Deng等[10]在Al2O3/TiC陶瓷刀具基體內(nèi)加入固體潤(rùn)滑劑CaF2來(lái)改善其摩擦學(xué)特性，并用該陶瓷刀具對(duì)45淬硬鋼進(jìn)行干切削試驗(yàn)，結(jié)果表明：添加固體潤(rùn)滑劑CaF2的Al2O3/TiC陶瓷刀具在高速干切削時(shí)其摩擦因數(shù)比未添加固體潤(rùn)滑劑的Al2O3/TiC陶瓷刀具的摩擦因數(shù)顯著減小，并表現(xiàn)出良好的減摩效果。筆者結(jié)合添加固體潤(rùn)滑劑和原位氧化反應(yīng)的雙重機(jī)制，以Al2O3/TiB2為基體，CaF2作為添加劑，制備出一種不僅適合高速切削而且在低溫也不受限制的Al2O3/TiB2/CaF2自潤(rùn)滑陶瓷刀具材料。

1　 試樣制備與試驗(yàn)方法

1.1樣品制備

試驗(yàn)所用Al2O3粉末由無(wú)錫拓博達(dá)鈦白制品公司生產(chǎn)的高純超細(xì)α型Al2O3粉末，粉末粒徑為1～2 μm；TiB2粉末由中國(guó)焊接材料研究中心生產(chǎn)，粉末粒徑為2～3 μm。CaF2粉末(分析純)，為天津鼎盛鑫化工有限公司生產(chǎn)，粉末粒徑為2 μm。將質(zhì)量比為7∶3的Al2O3和TiB2以及不同質(zhì)量的CaF2進(jìn)行混合球磨、干燥、過(guò)篩。將復(fù)合粉末裝入石墨模具進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)工藝如下：燒結(jié)溫度為1600～1750 ℃，保溫時(shí)間為10～40 min，燒結(jié)壓力為10～30 MPa。將燒結(jié)后的ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料經(jīng)切割、粗磨削、精磨削和拋光后制成3 mm×4 mm×36 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣條，用維氏硬度計(jì)測(cè)量試樣的硬度；用三點(diǎn)彎曲法測(cè)量試樣的抗彎強(qiáng)度[11]；跨距為20 mm，加載速率為0.5 mm/min；用壓痕法測(cè)量試樣的斷裂韌度，得出CaF2最佳含量。優(yōu)化燒結(jié)工藝，得出在最佳工藝下ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料的力學(xué)性能。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1，ABF后的數(shù)字表示CaF2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

表1　ABF系列自潤(rùn)滑陶瓷材料的力學(xué)性能

1.2摩擦磨損試驗(yàn)

摩擦磨損試驗(yàn)在UMT-2多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，該試驗(yàn)?zāi)苡行У仳?yàn)證非切削磨損情況下ABF刀具材料的自潤(rùn)滑性能。采用球盤(pán)配副方式，球?yàn)橛操|(zhì)合金球YG6X，直徑為9.525 mm，盤(pán)為ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料，中心孔直徑為6 mm。試驗(yàn)條件如下：載荷為8 N,旋轉(zhuǎn)速度為85 m/min。從摩擦因數(shù)、磨損形貌、減摩機(jī)理等方面研究ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料的摩擦磨損特性。在UMT-2摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上能夠直接獲得測(cè)試時(shí)間段內(nèi)的摩擦因數(shù)、平均摩擦因數(shù)值。通過(guò)采用不同的載荷、旋轉(zhuǎn)速度來(lái)進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，觀察平均摩擦因數(shù)隨載荷、旋轉(zhuǎn)速度的變化。使用JSM-6610LV掃描電鏡觀察ABF陶瓷材料的摩擦磨損表面形貌。

1.3切削試驗(yàn)

試驗(yàn)機(jī)床為CA6140，切削試驗(yàn)采用干切削方式。所采用刀具為Al2O3/TiB2/5%CaF2(綜合潤(rùn)滑性能和力學(xué)性能考慮，選取ABF5刀具)、普通陶瓷刀具(AG2)，刀具幾何參數(shù)如下：γ0=-5°，α0=5°，kr=45°，λ0=-5°，br1γ01=0.2×(-20°)，rε=0.1。刀片邊長(zhǎng)為12.7 mm，刀片厚度為4.76 mm。切削深度ap=0.3 mm，進(jìn)給量f=0.15 mm/r。工件材料為45淬硬鋼。切削速度選取以下兩種速度[1]：低速切削速度為70 m/min，該速度下切削過(guò)程中所采用陶瓷刀具尚未發(fā)生原位反應(yīng)，潤(rùn)滑效果為固體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑；高速切削速度為120 m/min，該速度下切削過(guò)程中陶瓷刀具開(kāi)始發(fā)生原位反應(yīng)，潤(rùn)滑效果為雙機(jī)制潤(rùn)領(lǐng)滑。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1摩擦磨損試驗(yàn)

圖1所示為ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料磨盤(pán)與YG6X球進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)時(shí)，摩擦因數(shù)與時(shí)間的關(guān)系。從曲線(xiàn)的變化可以看出平均摩擦因數(shù)隨著CaF2含量的增加而減小，并且曲線(xiàn)有明顯的上升、穩(wěn)定階段。剛開(kāi)始進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，接觸面積較小，接觸點(diǎn)有應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致摩擦表面微凸體發(fā)生變形，摩擦阻力變大，摩擦因數(shù)會(huì)迅速增大到一定值。隨著試驗(yàn)過(guò)程中球盤(pán)接觸面積的增大，摩擦因數(shù)趨于穩(wěn)定，但仍有小幅度的增大。

圖1　ABF刀具材料摩擦因數(shù)-時(shí)間曲線(xiàn)

圖2所示為掃描電鏡觀察ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料的磨損表面形貌，圖2a中未添加CaF2的材料磨損表面有明顯的裂紋，圖2b中添加CaF2的材料磨損表面形成了潤(rùn)滑膜。在試驗(yàn)過(guò)程中CaF2受到力、熱的作用在磨盤(pán)接觸區(qū)形成了大小不一的潤(rùn)滑膜，起到了一定的減摩作用，能有效地減小磨粒磨損。

圖3所示為旋轉(zhuǎn)速度為85 m/min時(shí)，ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料的平均摩擦因數(shù)與載荷的關(guān)系，從圖中可知ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料的平均摩擦因數(shù)隨載荷的增加而減小。整體趨勢(shì)相同，下降幅度稍有不同，當(dāng)載荷為10 N時(shí)，其平均摩擦因數(shù)達(dá)到最小值。在較高的載荷下，接觸間的凸體受到的力將會(huì)增大，有可能引起接觸區(qū)周邊凸體脆性斷裂，這段時(shí)間內(nèi)接觸區(qū)域的凸體數(shù)明顯減少，從而減小其摩擦因數(shù)。載荷的增加將會(huì)導(dǎo)致摩擦磨損過(guò)程中的溫度增加，當(dāng)溫度較高時(shí)CaF2處于塑性狀態(tài)，潤(rùn)滑效果更好。

(a)ABF0裂紋處SEM照片

(b)ABF5摩擦磨損形貌SEM照片圖2 　ABF摩擦磨損形貌SEM照片

圖3　ABF平均摩擦因數(shù)-載荷曲線(xiàn)

圖4所示為ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料平均摩擦因數(shù)與速度的關(guān)系。從圖4可以看出，ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料平均摩擦因數(shù)隨速度的增加而減小。當(dāng)速度大于85 m/min時(shí)，平均摩擦因數(shù)減小的速率加快。當(dāng)速度為120 m/min的時(shí)候，平均摩擦因數(shù)達(dá)到最小值。這說(shuō)明ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料與硬質(zhì)合金球(YG6X)以球盤(pán)配副形式進(jìn)行摩擦磨損時(shí)，較高速度下的ABF自潤(rùn)滑陶瓷材料能獲得較好的減摩效果。

圖4　ABF摩擦因數(shù)-旋轉(zhuǎn)速度曲線(xiàn)

由摩擦磨損試驗(yàn)可以得出，ABF自潤(rùn)滑刀具在未達(dá)到切削高溫時(shí)進(jìn)行的摩擦磨損試驗(yàn)中，在固體潤(rùn)滑劑CaF2影響下可以獲得顯著的減摩和抗磨作用。作用效果隨著CaF2含量的增加、旋轉(zhuǎn)速度的提高、載荷的提高而更為顯著。

2.2 切削試驗(yàn)

圖5所示為ABF刀具與AG2刀具在干切削45淬硬鋼試驗(yàn)中，切削速度分別為70 m/min和120 m/min時(shí)其切削力三個(gè)分力大小變化的曲線(xiàn)(其中ap=0.3 mm，f=0.15 mm/r)。從圖5可知三種切削分力都有一定的振幅，這是因?yàn)榈毒咴诟汕邢鬟^(guò)程中產(chǎn)生了振動(dòng)。主切削力的振幅相比切深抗力、進(jìn)給抗力的振幅大。比較三種力的大小，F(xiàn)x

(a)ABF-560(v=70 m/min)

(b)ABF-900(v=120 m/min)

(c)AG2-560(v=70 m/min)

(d)AG2-900(v=120 m/min)

當(dāng)切削速度為70 m/min時(shí)，CaF2開(kāi)始處于塑性狀態(tài)，易被拖覆在刀具的前刀面，形成潤(rùn)滑膜，此時(shí)潤(rùn)滑效果主要來(lái)自材料本身自固體潤(rùn)滑劑。當(dāng)切削速度接近120 m/min時(shí)，隨著切削區(qū)域溫度的逐漸升高，ABF刀具中的TiB2開(kāi)始發(fā)生氧化還原反應(yīng)：

TiB2+5/2O2=TiO2+B2O3

生成的TiO2、B2O3具有較低的剪切強(qiáng)度，在一定程度上能起到潤(rùn)滑的作用，此時(shí)自潤(rùn)滑效果是結(jié)合了固體潤(rùn)滑劑和原位反應(yīng)雙重機(jī)制的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑效果更加明顯。

圖6所示是兩種刀具在干切削45淬硬鋼試驗(yàn)中，后刀面磨損量與切削距離(速度不變，切削距離可和切削時(shí)間互相換算)的關(guān)系曲線(xiàn)。由圖6a可以看出，當(dāng)v=70 m/min時(shí)，ABF刀具后刀面磨損量略大于AG2刀具后刀面磨損量，這表明在低速切削時(shí)，AG2刀具的磨損較ABF5刀具的磨損更小，即AG2刀具的使用壽命較ABF5刀具要長(zhǎng)。從圖6b可以看出，當(dāng)速度為120 m/min時(shí)，ABF5和AG2刀具后刀面的磨損量是相近的，當(dāng)切削距離變長(zhǎng)時(shí)，AG2刀具的后刀面磨損量要稍大于ABF5刀具的后刀面磨損量，這說(shuō)明ABF5刀具在較高的切削速度下取得了一定的減摩、抗磨的效果，ABF5刀具較AG2刀具的使用壽命更長(zhǎng)。隨著切削距離(或切削時(shí)間)的增加，兩種刀具后刀面磨損量都是呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中AG2刀具的增大速率稍大于ABF5刀具的增大速率，這說(shuō)明在高速切削時(shí)，ABF5刀具的使用壽命比AG2刀具的使用壽命更長(zhǎng)。

(a)v=70 m/min，ap=0.3 mm，f=0.15 mm/r

(b)v=120 m/min，ap=0.3 mm，f=0.15 mm/r圖6 　兩種刀具切削45淬硬鋼后刀面磨損曲線(xiàn)

圖7是ABF5自潤(rùn)滑陶瓷刀具高速切削后前刀面的衍射譜圖?？梢悦黠@發(fā)現(xiàn)TiO2的存在，而未發(fā)現(xiàn)B2O3是因?yàn)槠淙埸c(diǎn)低(577 ℃)，在高溫下?lián)]發(fā)了。高速干切削下，固體潤(rùn)滑劑(CaF2)與自身TiB2氧化還原反應(yīng)(產(chǎn)生了TiO2)兩種方式形成的潤(rùn)滑相結(jié)合，潤(rùn)滑效果更顯著。

圖7　ABF5高速切削后前刀面的衍射譜圖

圖8所示是兩種刀具前刀面的SEM照片，從圖8a中可以看出ABF刀具某些地方形成了部分潤(rùn)滑膜，某些地方的潤(rùn)滑膜完整，黏結(jié)和犁溝現(xiàn)象明顯減少。ABF刀具前刀面潤(rùn)滑膜的形成是導(dǎo)致其在干切削45淬硬鋼時(shí)切削速度提高導(dǎo)致摩擦因數(shù)減小的主要原因。當(dāng)切削速度提高時(shí)其切削力會(huì)減小，這是因?yàn)榍邢魉俣忍岣撸駝?dòng)減小，且潤(rùn)滑膜的形成在一定程度上能夠有效地減小摩擦磨損。當(dāng)切削速度提高時(shí)，切削區(qū)域的溫度上升，CaF2從脆性變?yōu)樗苄誀顟B(tài)，塑性狀態(tài)下ABF刀具比較容易形成潤(rùn)滑膜，且TiB2在高溫下會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生具有潤(rùn)滑作用的反應(yīng)膜TiO2、B2O3。圖8a中黑色區(qū)域?yàn)锳l2O3/CaF2，灰色區(qū)域?yàn)門(mén)iB2/TiO2；從圖8b可以看出AG2刀具黏結(jié)較嚴(yán)重，有條狀犁溝，所以AG2刀具前刀面以黏結(jié)磨損為主。當(dāng)切削速度提高時(shí)，其切削溫度、切削力也越來(lái)越大，刀具前刀面的磨損會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，摩擦因數(shù)也會(huì)變大。

(a)ABF刀具

(b)AG2刀具圖8 　兩種刀具前刀面SEM照片

圖9是兩種刀具在干切削45淬硬鋼時(shí)后刀尖處的磨損形貌的光學(xué)顯微照片。從圖中可以較明顯地看出兩種刀具均存在不同程度的磨損，其中AG2刀具的磨損是非常嚴(yán)重的，有崩刃現(xiàn)象。相比之下，ABF刀具的磨損要小很多，可見(jiàn)在干切削試驗(yàn)中ABF刀具比AG2刀具的耐磨性更好。

3　結(jié)論

(1)以球盤(pán)配副方式進(jìn)行的摩擦磨損試驗(yàn)在非切削的磨損下，材料自身有一定減摩潤(rùn)滑作用，添加的固體潤(rùn)滑劑CaF2生成了潤(rùn)滑膜；潤(rùn)滑膜的潤(rùn)滑效果與CaF2含量、載荷、旋轉(zhuǎn)速度這三個(gè)變量有直接關(guān)系。這三個(gè)變量的增大，將使得潤(rùn)滑膜更容易生成，平均摩擦因數(shù)更低，潤(rùn)滑效果更好。

(a)ABF刀具

(b)AG2刀具圖9　兩種刀具刀尖處的磨損形貌的光學(xué)顯微照片

(2)在ABF自潤(rùn)滑陶瓷刀具的摩擦磨損試驗(yàn)中，磨損條件不足以達(dá)到使Al2O3/TiB2/CaF2材料自身發(fā)生原位反應(yīng)的特定高溫條件，但材料自身的固體潤(rùn)滑劑CaF2能起到明顯的減摩作用，這彌補(bǔ)了Al2O3/TiB2原位反應(yīng)自潤(rùn)滑刀具的不足，即使在低速或中低溫的狀況下，依舊能實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑功能。

(3)當(dāng)切削速度達(dá)到120 m/min時(shí)，ABF自潤(rùn)滑陶瓷刀具材料自身的TiB2開(kāi)始發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在高溫區(qū)域前刀面生成了TiO2反應(yīng)膜，并與固體潤(rùn)滑劑所生成的潤(rùn)滑膜相結(jié)合，形成了雙重機(jī)制的潤(rùn)滑膜。潤(rùn)滑膜能有效地減小摩擦，提高耐磨性能，起到自潤(rùn)滑作用。雙機(jī)制的潤(rùn)滑膜比單機(jī)制的潤(rùn)滑膜潤(rùn)滑效果更加明顯，隨著溫度的提高，雙機(jī)制潤(rùn)滑膜的自潤(rùn)滑功能和減摩抗磨效果更為顯著。

[1]Deng Jianxin，Ding Zeliang，Zhao Jun，et al. Self-lubricating Ceramic Tool Materials and Its Cutting Performances[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2003,39(8)：106-109.

[2]潘培道，劉孝光,殷韋韋,等.干切削加工用自潤(rùn)滑刀具研究進(jìn)展[J].池州學(xué)院學(xué)報(bào),2013,27(3)：53-55.Pan Peidao,Liu Xiaoguang,Yin Weiwei,et al.A Review Study of Self-lubricating Tool in Dry Cutting[J].Journal of Chizhou University,2013,27(3)：53-55.

[3]趙金龍，鄧建新，宋文龍.MoS2-Zr復(fù)合涂層刀具的切削性能研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 30(10): 105-108.

Zhao Jinlong,Deng Jianxin,Song Wenlong. Cutting Performance of MoS2-Zr Composite Coated Tools[J].Journal of Wuhan University of Technology,2008,30(10):105-108.

[4]Fox V C,RenevierN,Teer D G,et al.The Str-ucture of Tribological Improved MoS2-metal Composite Coatings and Their Industrial Applications[J].Surface and Coatings Technology,1999,116/119:492-497.

[5]陳曉虎.組元間化學(xué)相容、物理匹配對(duì)Al2O3基自潤(rùn)滑復(fù)相陶瓷摩擦學(xué)性能的影響[J].陶瓷工程,2001(2)：3-6.

Chen Xiaohu.The Influence of Chemical Compatibility, Physical Match between Solid Lubricants and Matrix upon the Tribological Properties of Al2O3-based Self-lubricating Materials[J]. Ceramics Engineering,2001(2)：3-6.

[6]曹同坤，鄧建新.一種自潤(rùn)滑陶瓷摩擦磨損性能的研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 25(6): 564-568.

Cao Tongkun, Deng Jianxin.Friction and Wear Behavior of Self-lubricating Ceramic Composite[J].Tribology,2006,25(6): 564-568.

[7]曹同坤，鄧建新.添加固體潤(rùn)滑劑的自潤(rùn)滑陶瓷刀具材料及其減摩機(jī)理研究[J].工具技術(shù), 2007, 41(3): 6-9.

Cao Tongkun,Deng Jianxin.Self-lubricating Cera mic Tool with Addition of Solid Lubriant and Its Self-lubricating Mechanism[J].Tool Engineering,2007, 41(3): 6-9.

[8]李彬，鄧建新，趙樹(shù)椿.Al2O3/ZrB2/ZrO2復(fù)合陶瓷材料的制備與性能[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2008，36(11)：1595-1600.

Li Bin,Deng Jianxin,Zhao Shuchun.Fabrication and Properties of Al2O3/ZrB2/ZrO2Compostie Ceramic Materials[J].Journal of the Chinese Ceramic Society，2008，36(11)：1595-1600.

[9]李彬.原位反應(yīng)自潤(rùn)滑陶瓷刀具的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及其減摩機(jī)理研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué),2010.

[10]Deng Jianxin,Cao Tongkun,Ai Xing.Friction Red-ucing Mechanisms of Al2O3/TiC/CaF2Self-lubricating Ceramic Tools in Machining Processes[J].Journal of Mechanical Engineering, 2006，25(7)：109-113.

[11]中華人民共和國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局. GB/T6596-2006.工程陶瓷彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

(編輯陳勇)

Self-lubricating Ceramic Cutting Tool with Solid Lubricant-based and a Double-situ Reaction Mechanism

Liu Jingwen1Zhou Houming1Zhou Wen1Deng Jianxin2Zhang Gaofeng1Zhou Youhang1

1.Xiangtan University, Xiangtan,Hunan,411105 2.Shandong University,Jinan,250100

A self-lubricating ceramic cutting tool was produced by the hot pressing vacuum sintering process, with the substrate of Al2O3/TiB2and the addition of CaF2. Meanwhile the dry cutting tests were carried out. In the process of friction and wear test, there were four Al2O3/TiB2/CaF2(ABF) materials with different contents of CaF2. The results show that the friction coefficient of the material decreases with the increase of its contents of CaF2.The formation of CaF2in the wear layer of a solid lubricating film during the anti-friction lubricant film played a role, in the cutting tests which were carried out with respect to 45 steel at the speed of 120 m/min, the average friction coefficient of the ABF tools is much lower than that of the normal ceramic knives tool (AG2). And the main reason was the lubricating film which generated by the solid lubricant CaF2and the situ reaction of TiB2,when the ABF self-lubricating ceramic tool was cutting under the high speed. Meanwhile, with the increase of temperature and the cutting speed, its lubricating effect is improved significantly.

ceramic material; self-lubrication; friction and wear behavior; dry cutting

2015-01-27

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51375418，51375419)；湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(13JJ8007)

TB332;TQ174

10.3969/j.issn.1004-132X.2016.15.015

劉景文，男，1989年生。湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。主要研究方向?yàn)樘沾傻毒吲c陶瓷產(chǎn)品的制備。周后明，男，1970年生。湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授、博士。周文，男，1987年生。湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。鄧建新，男，1966年生。山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授。周友行，男，1971年生。湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。張高峰，男，1971年生。湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。