【摘 要】
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在金刚石刀具切削过程中,随着切削温度的增加,金刚石表面会出现石墨化现象,导致金刚石的力学特性迅速降低,影响切削精度和使用寿命,故在加工过程中对金刚石的力学特性有着较高要求。由于石墨烯强度高,而且石墨烯与金刚石同为碳元素,可形成较强的亲和力以及难以剥离的石墨烯修饰层,所以石墨烯是提高金刚石表面力学特性的理想之选。本文将从微观角度探究金刚石基底石墨烯的吸附性能以及石墨烯-金刚石结构的力学行为。首先,本
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“石墨烯修饰金刚石刀具的界面调控机制及微细铣削钛合金技术基础研究”,项目编号:52075129;
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在金刚石刀具切削过程中,随着切削温度的增加,金刚石表面会出现石墨化现象,导致金刚石的力学特性迅速降低,影响切削精度和使用寿命,故在加工过程中对金刚石的力学特性有着较高要求。由于石墨烯强度高,而且石墨烯与金刚石同为碳元素,可形成较强的亲和力以及难以剥离的石墨烯修饰层,所以石墨烯是提高金刚石表面力学特性的理想之选。本文将从微观角度探究金刚石基底石墨烯的吸附性能以及石墨烯-金刚石结构的力学行为。首先,本文先从石墨烯-金刚石结构本身出发,利用第一性原理方法,对金刚石基底石墨烯的吸附性能进行探究,得到金刚石基底与石墨烯间的吸附状态。针对金刚石的晶面、终端,以及石墨烯的掺杂、缺陷等因素进行研究,获得金刚石基底石墨烯的吸附性能影响规律,为石墨烯-金刚石结构的力学行为研究提供基础。其次,基于分子动力学仿真理论,建立金刚石基底石墨烯压痕仿真模型,探究石墨烯的存在对于金刚石表面硬度的影响规律。针对金刚石基底粗糙度进行进一步研究,获得金刚石基底粗糙度对于石墨烯-金刚石结构压痕特性的影响规律。建立金刚石基底石墨烯摩擦仿真模型,探究不同滑移速度下石墨烯-金刚石结构的摩擦影响,以及温度对石墨烯-金刚石结构的摩擦影响。在理论上揭示了石墨烯-金刚石结构的力学行为规律,并得到了石墨烯-金刚石结构的优异性。最后,基于石墨烯-金刚石结构的力学行为仿真,进一步开展了石墨烯-金刚石结构的力学特性实验研究。利用湿法转移技术,获得石墨烯-金刚石结构,进行石墨烯-金刚石结构压痕实验,将实验结果与仿真得到的规律作比较,验证模拟的可靠性。针对石墨烯-金刚石结构的摩擦规律,利用原子力显微镜进行摩擦测量实验,探究石墨烯对金刚石基底的摩擦影响规律,验证石墨烯-金刚石结构的优异力学特性。
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