1 试验条件

2 试验结果

1. 冷却液对去除率及表面粗糙度的影响
   图1所示为PCD干研磨(研磨前砂轮修整10秒钟，冷却液未加在研磨区)和湿研磨(研磨前砂轮修整10秒钟，冷却液加在研磨区)两种条件下材料去除量随研磨时间的变化情况。试验时作用在试件夹头上的法向载荷为20N。
   由图1可知，干研磨材料去除率Q_干与湿研磨材料去除率Q_湿的关系为：研磨初期Q_干=2.54Q_湿；中期Q_干=1.6Q_湿；稳态期Q_干=1.68µm/min，Q_湿≈O。用干涉仪观察、测量PCD表面形态及粗糙度：湿研磨时PCD表面上存在许多深凹坑，研磨130分钟后其表面干涉条纹仍呈断续状态，即Rz>0.3µm，达不到镜面要求；干研磨时表面粗糙度Rz随研磨时间的延长而降低，其关系曲线如图2所示。由图2可知，研磨20分钟时，PCD表面达镜面(Rz≯0.05µm),且再延长研磨时间表面粗糙度基本无变化，但根据表面形态观察结果可知，其平面度有所提高。因此，PCD镜面加工应采用干研磨工艺，在试验条件下，研磨20～30分钟其表面可达镜面；若对研磨表面的平面度要求较高，可适当延长研磨时间。
2. 法向载荷对去除率的影响
   图3所示为PCD干研磨时作用在试件夹头上的法向载荷F与材料去除率Q的关系。由图3可知，材料去除率Q随着法向载荷F的增大而增加，且存在一个折点A(F=15N)，当≤15N时，其去除率Q以较小的幅度随着F的增大而增加，当F>15N时，其去除率O随着F的增大而大幅度增加。

3 结果分析及机理探讨

图4 PCD未研磨表面形貌


图5 PCD湿研磨表面形貌


图6 PCD干研磨表面形貌

1. 湿研磨去除机理
   图4、图5分别为PCD未研磨、湿研磨表面形貌的SEM照片。由图可知，湿研磨表面虽也凹凸不平，但与未研磨表面凹凸状态完全不同，明显存在大量的剥落坑。这种现象说明PCD表面发生了脆性去除。笔者认为其脆性去除方式是动载脆性去除(即疲劳脆性去除)而不是静载脆性去除。这是因为研磨状态下法向载荷F较小(20N)，作用在PDD表面上的应力大大低于静载荷下产生裂纹的极限应力值，因此基本不会发生静载脆性去除。但英国学者coopr曾通过试验指出：金刚石在冲击载荷的循环作用下，产生裂纹的应力值大大低于所需的静应力。而研磨过程中PCD片承受的是交变冲击载荷，因此将会产生疲劳脆性去除。湿研磨时PCD材料的脆性去除方式正是这种疲劳脆性去除。在图5中同时还可观察到局部平滑区，这是PCD局部发生热化学去除的结果。因湿研磨时虽然冷却液加在研磨区内，PCD表面与砂轮间产生的摩擦热大部分被冷却液带走，研磨区平均温度较低，但仍会产生局部高温接触点，使此处PCD材料产生氧化、石墨化的热化学去除。由此可见，PCD材料湿研磨时，其去除机理以疲劳脆性去除为主，同时存在局部的热化学去除。
2. 干研磨去除机理
   PCD干研磨表面的SEM照片如图6所示。从图中可看到其表面呈平滑形貌，基本无剥落坑，说明干研磨时PCD材料基本不发生疲劳脆性去除。笔者认为，干研磨时PCD材料去除机理应以热化学去除为主。这是因为干研磨时冷却液未加在研磨区，PCD材料表面与砂轮中金刚石磨粒间产生的摩擦热只能通过PCD片和砂轮扩散出去，所以研磨区平均温度较高。另外，在高温非高压条件下，石墨或无定形碳是热力学上碳的稳定结构，金刚石的硬度随着温度的升高(T>350℃)而降低，且研磨是在空气氛围下进行，PCD材料表面将会发生氧化、石墨化，同时表面还会产生一定的硬度软化层。同时砂轮中金刚石磨粒也将发生氧化、石墨化，产生硬度软化层，但程度较轻，且磨粒硬度高于PCD软化层硬度。因为干研磨时冷却液加在砂轮非工作层的基体上，砂轮中金刚石磨粒初始温度较低，因此磨粒工作温度比PCD片低；另外，磨粒瞬时通过研磨区，其保温时间比PCD片短，有研究表明：温度不变，金刚石烧失率随着保温时间呈线性增加；而且PCD材料中残存触媒钻等，在高温非高压条件下又进一步促使其产生氧化、石墨化和硬度软化。所以，干研磨时PCD材料的热化学去除包括PCD表面氧化、石墨化去除以及因磨粒硬度高于PCD软化层硬度而产生一定的机械去除，由于产生机械去除的原因是热作用的结果，所以在此称为机械热去除。

4 结论及展望

1. PCD表面湿研磨时，材料的去除机理以疲劳脆性去除为主，同时存在局部的热化学去除。
2. PCD表面干研磨时，材料的去除机理以热化学去除为主，基本不发生疲劳脆性去除。热化学去除方式为PCD表面氧化、石墨化及机械热去除。
3. PCD表面的镜面加工应采用干研磨工艺，而且应采用逐渐减载的研磨工艺，这既可保持较高的研磨效率，又可降低研磨后表面硬度的软化程度，从而延长刀具的使用寿命。
4. 试验条件下，1600PCD干研磨20～30分钟即可达镜面，如载荷增加，研磨时间可进一步缩短。
5. PCD镜面研磨机理是以热化学去除为主，可以尝试采用价格低廉、熔点及硬度较高的非金刚石磨粒的砂轮对PCD材料进行研磨加工，以降低PCD刀具加工成本。