微织构AlCrN涂层刀具的制备与性能研究

发布时间：2018-09-06 19:33

【摘要】：本文将刀具表面涂层技术与表面织构技术相结合,提出了微织构AlCrN涂层刀具的设计思路。首先在YS8硬质合金基体表面应用真空阴极电弧离子镀技术制备出AlCrN涂层,然后应用光纤激光器在AlCrN涂层表面制备出微织构,系统研究了微织构AlCrN涂层刀具的摩擦磨损性能以及切削性能等,并深入分析探讨了该刀具的减摩作用机理。应用真空阴极电弧离子镀技术在YS8硬质合金基体表面沉积AlCrN涂层。通过开展纳秒激光在AlCrN涂层表面加工微织构的工艺试验,分析了激光加工参数对微织构加工质量的影响及作用规律,并优化得到了微织构最佳工艺参数:脉冲功率14 W,激光扫描速度150 mm/s,激光扫描频率40 kHz,扫描遍数1遍,由得到的最佳微织构工艺参数在AlCrN涂层刀具表面制备出微织构,对应的微织构宽度约为25 μm,深度约为26 μm。制备出四种不同试样,即:YS8硬质合金试样(A);微织构YS8硬质合金试样(B);AlCrN涂层试样(C);微织构AlCrN涂层试样(D)。通过球-盘接触式摩擦磨损试验研究了微织构AlCrN涂层的摩擦磨损特性。结果表明:干摩擦时,改变滑动速度、施加载荷,摩擦系数趋于稳定时,摩擦系数由小到大排列顺序都为D、C、B、A,且C、D即拥有AlCrN涂层的试样都可以更快的达到稳定状态。试样D的摩擦系数最小,相比于试样A能够有效降低10%-20%;添加固体润滑剂MoS2后,摩擦系数趋于稳定时,摩擦系数由小到大排列顺序都为D、B、C、A,试样B的摩擦系数比试样C小;试样D相比于干摩擦时摩擦系数大幅度降低,表明微织构AlCrN涂层与固体润滑剂结合能够有效提升AlCrN涂层表面的减摩特性。制备了两种沟槽形貌的微织构AlCrN涂层刀具:直线型微织构AlCrN涂层刀具(MCT)和圆弧型微织构AlCrN涂层刀具(RCT)。通过与普通AlCrN涂层刀具(TT)对比进行切削试验研究了微织构AlCrN涂层刀具车削AISI660奥氏体沉淀硬化不锈钢的切削性能。切削试验结果表明,在相同的切削条件下,与TT刀具相比,MCT和RCT刀具能够有效降低切削力和切削温度。其中,MCT刀具降低切削力和切削温度效果最明显,其切削力比TT刀具降低10%-30%,切削温度降低5%-15%。另外,MCT和RCT刀具前刀面和后刀面磨损程度都得到了明显的改善,其中MCT刀具不锈钢粘结现象最轻微。微织构改善AlCrN涂层刀具切削性能的作用机理主要为:一是微织构的存在减小了刀屑接触长度,因此可以有效地减小摩擦力;二是微织构可以储存切削过程中产生的磨屑,从换缓解了磨屑在前刀面摩擦产生的磨粒磨损;三是微织构在切削过程中充当油室的作用,使储存在在微织构内部的润滑液不断补充到刀屑接触区域,从而起到润滑、减小表面磨损的作用。
[Abstract]:Based on the combination of surface coating technology and surface texture technology, the design idea of micro-texture AlCrN coated tool is put forward in this paper. Firstly, AlCrN coatings were prepared on the surface of YS8 cemented carbide by vacuum cathode arc ion plating, and then microtextures were prepared on the surface of AlCrN coatings by fiber laser. The friction and wear properties and cutting properties of microtextured AlCrN coated tools are systematically studied, and the antifriction mechanism of the tool is analyzed. AlCrN coating was deposited on YS8 cemented carbide substrate by vacuum cathode arc ion plating. The effect of laser processing parameters on the quality of AlCrN coating was analyzed through the experiment of nanosecond laser processing of microtexture on the surface of AlCrN coating. The optimum technological parameters of microtexture were obtained: pulse power 14 W, laser scanning speed 150 mm/s, laser scanning frequency 40 kHz, scanning times once. The microtexture was prepared on the surface of AlCrN coated tool by the obtained optimum microtexture process parameters. The corresponding microtexture width is about 25 渭 m and the depth is about 26 渭 m. Four kinds of different samples were prepared, that is, the (A); microtexture of the W / YS8 cemented carbide sample YS8 cemented carbide specimen (B) AlCrN coated sample (C); microtexture AlCrN coated sample (D). The friction and wear characteristics of microtextured AlCrN coating were investigated by ball disk contact friction and wear test. The results show that when the sliding speed is changed and the friction coefficient tends to be stable, the order of friction coefficient from small to large is DX BU A, and CfD, that is, samples with AlCrN coating, can reach stable state more quickly. The friction coefficient of sample D is the smallest, and the friction coefficient of sample B is smaller than that of sample C, and the friction coefficient of sample B is smaller than that of sample C. when the friction coefficient of sample D is stable, the friction coefficient of sample B is smaller than that of sample C. when the friction coefficient of sample D is stable, the friction coefficient of sample B is smaller than that of sample C. The friction coefficient of sample D was significantly lower than that of dry friction, which indicated that the combination of microtextured AlCrN coating and solid lubricant could effectively improve the antifriction properties of AlCrN coating surface. Two kinds of microtexture AlCrN coated tools with groove morphology, linear microtexture AlCrN coated tool (MCT) and circular arc microtexture AlCrN coated tool (RCT)., were prepared. The cutting properties of AISI660 austenitic precipitated hardened stainless steel turning with microtextured AlCrN coated tools were studied by comparing with (TT) of conventional AlCrN coated tools. The results of cutting experiments show that under the same cutting conditions, the cutting force and cutting temperature can be reduced effectively by TT and RCT cutters. The cutting force of MCT tool is 10 -30 lower than that of TT tool, and the cutting temperature is 5% -15% lower than that of TT tool. In addition, the wear degree of the front and back face of MCT and RCT tools were improved obviously, among which the stainless steel bonding of MCT tool was the least. The mechanism of microtexture to improve the cutting performance of AlCrN coated tool is as follows: first, the existence of microtexture can reduce the contact length of chip, so it can effectively reduce the friction force; second, the microtexture can store the chip produced in the cutting process. The wear of abrasive particles caused by the friction of chips on the front of the tool surface is alleviated by the change; third, the microtexture acts as an oil chamber in the cutting process, so that the lubricating fluid stored in the microtexture can be continuously replenished to the contact area of the chip, thus providing lubrication. Reduce the effect of surface wear.
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG711;TG174.4

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本文编号：2227332