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研磨抛光表面微孔织构如何形成?

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研磨抛光表面微孔织构如何形成?

发布日期:2018-08-23 作者: 点击:

     通过圆孔的断面观察(图4),发现微孔的断面呈半圆形,表明微孔的形状为近似半球形,深度与半径相当。对微孔形态提出了如下的形成机理(如图5所示):研磨颗粒在研磨液的裹挟下进入预制微缺陷中,在工件与抛光布的挤压下研磨颗粒在微缺陷中作近似涡旋运动;研磨颗粒与缺陷壁面接触时,对缺陷壁面产生磨削作用;工件绕研磨盘公转的同时伴随着自转,相对于工件某一位置点,研磨液的流动方向将在360°方向上连续变化,意味着研磨颗粒在360°方向上依次磨削微缺陷壁面,从而在缺陷处形成了半球形或近似半球形微孔形貌。


    根据微孔数目及其孔径的变化,微孔成型过程可以分为三个阶段:

    (1)缺陷位迅速消失并伴随着大量微纳米孔形成。图8(a)~(c)所示,研磨5 min后,可以看到缺陷位大部分消失,同时产生了大量的微纳米孔。此时微孔数目较多,分布均匀性较好,且孔径较小,大部分孔径小于5 μm。在研磨20 min后缺陷位完全消失,孔径逐渐增大。

    (2)微孔准态成型阶段。图8(d)~(g)所示,在研磨30 min后,微孔数目出现一定程度减小,而孔径趋于均一化,主要集中在5~15 μm。亚微米孔几乎消失,得到了孔径相对均匀的表面。

    (3)微孔表面形貌恶化阶段。图8(h),(i)所示,随着研磨时间延长,微孔数目出现下降,均匀性较差,孔径分布在5~20 μm左右,5 μm以下的微孔全部消失,在研磨时间超过120 min后,能够观察到微孔的“尾迹”现象,如图8(i)放大图所示。这种现象在研磨后期可以明显地被观察到。

  通过圆孔的断面观察(图4),发现微孔的断面呈半圆形,表明微孔的形状为近似半球形,深度与半径相当。对微孔形态提出了如下的形成机理(如图5所示):研磨颗粒在研磨液的裹挟下进入预制微缺陷中,在工件与抛光布的挤压下研磨颗粒在微缺陷中作近似涡旋运动;研磨颗粒与缺陷壁面接触时,对缺陷壁面产生磨削作用;工件绕研磨盘公转的同时伴随着自转,相对于工件某一位置点,研磨液的流动方向将在360°方向上连续变化,意味着研磨颗粒在360°方向上依次磨削微缺陷壁面,从而在缺陷处形成了半球形或近似半球形微孔形貌。      根据微孔数目及其孔径的变化,微孔成型过程可以分为三个阶段:     (1)缺陷位迅速消失并伴随着大量微纳米孔形成。图8(a)~(c)所示,研磨5 min后,可以看到缺陷位大部分消失,同时产生了大量的微纳米孔。此时微孔数目较多,分布均匀性较好,且孔径较小,大部分孔径小于5 μm。在研磨20 min后缺陷位完全消失,孔径逐渐增大。     (2)微孔准态成型阶段。图8(d)~(g)所示,在研磨30 min后,微孔数目出现一定程度减小,而孔径趋于均一化,主要集中在5~15 μm。亚微米孔几乎消失,得到了孔径相对均匀的表面。     (3)微孔表面形貌恶化阶段。图8(h),(i)所示,随着研磨时间延长,微孔数目出现下降,均匀性较差,孔径分布在5~20 μm左右,5 μm以下的微孔全部消失,在研磨时间超过120 min后,能够观察到微孔的“尾迹”现象,如图8(i)放大图所示。这种现象在研磨后期可以明显地被观察到。      通过AFM表征的研磨抛光方法所形成的表面微孔织构如图6所示。由图6(a)可以观察到,试件表面存在抛光区和微孔,且微孔周边为圆弧过度。同时还发现微孔周围不同位置磨削量不同,使微孔具有向一边倾斜的迹象,即“尾迹”现象。这是因为工件的自转和公转使微孔在不同角度方位上与研磨盘的相对速度不断变化,存在一个最大相对速度位和一个最小相对速度位,而且这两个位置正好对称,导致在最大相对速度位时,研磨颗粒的涡旋运动速度也最大,对微孔壁面的磨削强度也最强烈;而在其相反的方向上正好处于最小相对速度位,研磨颗粒对微孔壁面的磨削强度也最弱,产生了孔向一边倾斜的现象,倾斜方向与研磨盘的旋转方向一致;图6(b)的二维图可以看到两个微孔的直径有所差异,从整体表面观察,在工件上形成了微米及亚微米孔共存的表面织构形貌。  

    通过AFM表征的研磨抛光方法所形成的表面微孔织构如图6所示。由图6(a)可以观察到,试件表面存在抛光区和微孔,且微孔周边为圆弧过度。同时还发现微孔周围不同位置磨削量不同,使微孔具有向一边倾斜的迹象,即“尾迹”现象。这是因为工件的自转和公转使微孔在不同角度方位上与研磨盘的相对速度不断变化,存在一个最大相对速度位和一个最小相对速度位,而且这两个位置正好对称,导致在最大相对速度位时,研磨颗粒的涡旋运动速度也最大,对微孔壁面的磨削强度也最强烈;而在其相反的方向上正好处于最小相对速度位,研磨颗粒对微孔壁面的磨削强度也最弱,产生了孔向一边倾斜的现象,倾斜方向与研磨盘的旋转方向一致;图6(b)的二维图可以看到两个微孔的直径有所差异,从整体表面观察,在工件上形成了微米及亚微米孔共存的表面织构形貌。

 


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