金剛石砂輪因具備較高的鋒利度、機(jī)械性能和磨削效率，被認(rèn)為是加工陶瓷、玻璃和藍(lán)寶石等難加工硬脆材料的理想工具。但傳統(tǒng)的金剛石砂輪制造工藝，如電鍍、燒結(jié)和釬焊工藝等，存在制造效率低、成本高和制造過(guò)程污染嚴(yán)重等缺陷；且金剛石磨粒和基體之間的界面附著力低，砂輪使用壽命較短、加工效率低下。

       近期，廣東工業(yè)大學(xué)王成勇教授團(tuán)隊(duì)提出了以鋯基非晶合金為結(jié)合劑，金剛石顆粒為磨料，研制了一種新型單層金剛石砂輪。所提出的新方法利用了鋯基非晶合金在過(guò)冷液相區(qū)的塑性行為，通過(guò)快速加熱加壓實(shí)現(xiàn)了單層金剛石砂輪的高效可控制造。重點(diǎn)研究了快速加熱加壓下非晶合金在過(guò)冷液相區(qū)的流變行為；采用鍍Ti金剛石顆粒為磨粒，探究鍍鈦金剛石-鋯基非晶合金結(jié)合界面結(jié)構(gòu)和成分，揭示其界面結(jié)合模式和結(jié)合強(qiáng)度；探明磨削過(guò)程中的主要失效模式及表面完整性，并將制造的單層金剛石砂輪與商用電鍍和釬焊砂輪的磨削性能進(jìn)行對(duì)比，為加工硬脆材料的高性能單層金剛石砂輪的設(shè)計(jì)和制造提供新策略。相關(guān)工作以題為“Development of a novel bulk metallic glass bonded single-layer diamond wheel”于機(jī)械工程TOP期刊《International Journal of Machine Tools and Manufacture》（IF：14）上發(fā)表。其中，廣東工業(yè)大學(xué)吳丹丹博士生為第一作者，廣東工業(yè)大學(xué)王成勇教授為通訊作者。

       論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2024.104146

       非晶合金中“長(zhǎng)程無(wú)序和短程有序”的獨(dú)特原子排列特性賦予了其在過(guò)冷液相區(qū)內(nèi)優(yōu)異的超塑性行為，利用這一特性，本研究采用快速加熱加壓法將金剛石磨料壓入鋯基非晶合金基體中，在幾分鐘內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)單層金剛石砂輪的快速制造，具備高效率、低成本和綠色環(huán)保等特性；為揭示鍍鈦金剛石磨粒與非晶合金的界面結(jié)構(gòu)，本研究采用透射電子顯微鏡進(jìn)行界面成分和結(jié)合特性分析，發(fā)現(xiàn)金剛石磨粒表面的Ti鍍層有助于在兩種成分之間形成相互交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散界面，所產(chǎn)生的界面機(jī)械咬合可有效提高磨粒的把持力；新型單層金剛石砂輪的主要失效形式為磨粒磨損，而非磨粒脫落；相比于商用電鍍砂輪，其用于陶瓷材料磨削時(shí)的磨削力和磨削溫度更低、磨削比更高，可獲得更優(yōu)的表面加工質(zhì)量，具備更為優(yōu)異的磨削性能。所提出的新型單層金剛石砂輪制造工藝為加工硬脆材料的高性能工具高效制造提供了新的策略和基礎(chǔ)。

圖1 新型單層金剛石砂輪的制造

圖2 非晶合金的流變特性分析及砂輪制造工藝

圖3 磨粒-基體界面結(jié)構(gòu)成分及結(jié)合力分析

圖4 主要失效形式及表面完整性分析

圖5 磨削性能評(píng)估

       作者簡(jiǎn)介 

       第一作者：吳丹丹，廣東工業(yè)大學(xué)2022級(jí)機(jī)械工程博士生，導(dǎo)師為王成勇教授。主要研究方向?yàn)榻饎偸鰪?qiáng)復(fù)合材料的制備及加工，2021年入選廣東工業(yè)大學(xué)“拔尖創(chuàng)新人才計(jì)劃”。在Int. J. Mach. Tools Manuf.和Mater. Des.等機(jī)械工程和材料科學(xué)領(lǐng)域TOP期刊發(fā)表論文3篇，授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)。獲得研究生國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金，一等獎(jiǎng)學(xué)業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）創(chuàng)新獎(jiǎng)、廣東工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀畢業(yè)生、廣東工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀學(xué)生干部等等。