热敏电阻温度传感的掺硼金刚石金刚石涂层刀具

葡萄牙最近研究人员开发出一种有效thermistor-type温度监测方法金刚石金刚石层面硬质合金刀具。它克服了传统的温度测量方法的局限性与薄膜热电偶和红外温度记录在特定的场景。这项研究在《可用欧洲杯足球竞彩。

研究:硼掺杂金刚石实时无线金刚石涂层硬质合金工具的切削温度监测。图片来源:梯度背景/ Shutterstock.com

为什么有效温度监控是必不可少的生产率上升?

在金属和合金加工行业,生产率直接取决于切削速度和进给速率等工艺参数。因此,生产率的增长可以通过优化的切削周期,提高工具寿命,最小化停机时间。两个主要因素,切削力和切削温度、刀具寿命的影响。因此,有效的监测切削温度可以提高加工生产率。

实验装置的热灯丝化学气相沉积(a)无掺杂的金刚石在硬质合金立铣刀和(b)在一个氮化硅掺硼金刚石衬底热敏电阻制造。图片来源:草丛,S et al .,材料欧洲杯足球竞彩

热产生的三个主要区域在加工viz.主剪切带(塑性变形加工工具和工件)的接口,次级剪切带(摩擦界面的工具和移动芯片),和第三变形区(侧脸和加工表面之间的摩擦)。

原位温度监测方法,如红外(IR)温度记录和热电偶提供良好的金属表面温度的近似,但都有一定的局限性。

温度监测与thermographic相机工作材料的发射率是非常敏感的,这取决于表面粗糙度等因素,测量角度,和被测表面的温度。

因此,准确测量只能达到如果辐射率的工作对象是众所周知的在每个特定范围的不同加工条件。热电偶遭受物理布线的住宿工具也提供不准确的自热接点温度的热电偶不能直接定位加工界面,最大热生成的地方。

热敏电阻温度传感器校准的电阻在温度变化的依赖关系。硼掺杂金刚石(BDD)电影由化学气相沉积(CVD)表现出良好的温度敏感性。

当温度增加BDD热敏电阻的电阻下降。bdd也表现出很高的化学惰性、热导率和机械稳健性应用在恶劣的工作条件。

关于这项研究

在这项研究中,首先,金刚石层面硬质合金工具(DCC)是通过制作的纯的钻石钨硬质合金工具。7 wt. %钴烧结碳化钨(WC)谷物与村上表面粗化试剂攻击之后,沉浸在H₂所以₄和H₂O₂钴蚀刻的解决方案。

这些化学处理标本是涂有钻石粉中形成多层金刚石薄膜热filament-assisted CVD (HFCVD)反应堆。电影是由纳米晶体钻石(非传染性疾病)和sub-microcrystalline钻石(SMCD)。

钻石NTC热敏电阻的电阻变化范围25 - 400°C。(一)测量曲线。(b)线性回归和拟合“测试版”和Steinhart-Hart模型。图片来源:草丛,S et al .,材料欧洲杯足球竞彩

随后,bdd的热敏电阻是捏造的沉积氮化硅(Si的电影上₃N₄)绝缘衬底。在这里,氩气作为载气HFCVD硼掺杂剂。载气是通过B沸腾₂O₃在Si /乙醇溶液和存款₃N₄衬底。

然后,氧化钨(我们₂)的蒸发热丝钨在1800℃减少我们紧随其后₂在氢和甲烷形成欧姆碳化钨WC联系人。

观察

纯的CVD金刚石薄膜nine-layer架构有两种不同的形态viz.纳米晶体钻石(非传染性疾病)和sub-microcrystalline钻石(SMCD)。晶粒尺寸的增加涂层的晶界密度增加,从而改善切削性能。

准备的BDD热敏电阻显示更高的灵敏度更高的温度范围。这种行为是由于在低温下跳跃传导机制,这是由于掺杂水平低的金刚石薄膜在25℃)(~ 600千瓦。

这对应于一个电阻率约。900 W.cm。钻石热敏电阻匹配的响应时间thermographic相机的响应时间平均延迟~ 1 s。BDD热敏电阻显示平均电压变化为16.5 mV光电二极管,由于最高温度之间的差异在刀具和拐点位置最低温度在中期路径。

thermographic相机的温度测量记录显示工具提示的发生降低温度约在半夜切削路径和更高温度拐点的位置。这条曲线是用来校准的钻石热敏电阻,电阻的变化引起0.84 mV /°C变化在光电二极管。图片来源:草丛,S et al .,材料欧洲杯足球竞彩

结论

在这项研究中,一个BBD-based热敏电阻被HFCVD捏造监控温度变化在铬镍铁合金的铣削工件使用DCC刀具。线性回归的BDD热敏电阻的电阻温度特性依赖表示温度较高灵敏度的温度范围250到400℃。

此外,bdd热敏电阻展品更快的响应和较小的平均变化比其对应的红外温度记录0.84 mV /℃。最后,bdd热敏电阻是一种有效、快速响应,实时、原位温度重型机械加工行业的监控解决方案。

参考

草丛,S。席尔瓦,E.L.否决权,M。费尔南德斯,C。费尔南德斯,。Figueiredo D。席尔瓦,R。硼掺杂金刚石,金刚石涂层硬质合金工具的实时无线切削温度监控。欧洲杯足球竞彩材料,7334年2021年,14日。https://www.mdpi.com/1996-1944/14/23/7334

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