TiAlN涂层刀具强流脉冲电子束表面处理的工艺研究

发布时间：2017-10-25 10:23

  本文关键词：TiAlN涂层刀具强流脉冲电子束表面处理的工艺研究

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【摘要】：随着制造技术的高速发展,硬质合金TiAlN涂层刀具已成为目前重点研究和应用广泛的切削刀具。从表面工程技术角度对TiAlN涂层刀具的开发有重要的意义,涂层刀具表面后处理技术将成为刀具涂层技术新的发展方向。本文利用强流脉冲电子束对硬质合金刀具TiAlN涂层进行表面改性,通过改变轰击次数和电子束能量,研究了不同轰击次数和不同电子束能量对硬质合金刀具涂层微观组织及性能的影响,最终以提高涂层刀具的切削性能为目的。通过响应面设计方法,分别设计了车削用和铣削用涂层刀具表面改性的工艺参数,并进行优化,获得最佳的表面处理参数;同时,对响应值所建立的模型进行显著性分析,考察了各因素对响应值的影响程度。进而,采用SEM、激光共聚焦显微镜等实验仪器对TiAlN涂层表面形貌、截面形貌进行观察,利用SEM、EDS和XRD等分析手段对涂层厚度、涂层截面元素含量、涂层表面物相组成进行检测,并且对涂层粗糙度进行测量,对涂层表面硬度进行检测。研究了强流脉冲电子束对TiAlN涂层微观组织和性能的影响规律。最终通过车削实验和铣削实验对比轰击前后涂层刀具切削性能。实验结果表明:经不同能量电子束轰击后,TiAlN涂层的表面形貌、元素含量、以及性能发生了变化。经XRD分析表明,随着电子束能量增加,涂层相主要衍射峰取向程度发生转变,但涂层相依然沿着多晶面生长;轰击后的TiAlN涂层相衍射峰向高角度偏移,并有一定的宽化趋势,表明电子束轰击作用在涂层内部引起较大的压应力,并且涂层内部晶粒细化。涂层内部产生的较大应力驱使涂层中Ti、Al元素分布范围变宽,在一定程度上有利于改善基体-涂层结合力;在TiAlN涂层中引起的应力状态变化及细晶强化作用对涂层表面有硬化作用。切削实验结果显示,电子束能量在32.5J时处理的车削用涂层刀具切削寿命较原始涂层刀具有大幅度地提高;而电子束能量为77.2 J时处理的铣削用的涂层刀具,与原始涂层刀具相比,涂层刀具后刀面磨损量下降了60%,刀具切削性能明显提高。
【关键词】：强流脉冲电子束 TiAlN涂层刀具 微观组织 硬度 切削寿命
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG711;TG174.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 硬质合金刀具涂层技术13-17
• 1.1.1 硬质合金刀具涂层的种类13
• 1.1.2 硬质合金刀具涂层的制备方法13-16
• 1.1.3 硬质合金刀具TiAlN涂层16-17
• 1.2 涂层刀具表面后处理17-18
• 1.2.1 涂层刀具表面后处理技术17
• 1.2.2 涂层刀具表面后处理的研究现状及发展趋势17-18
• 1.3 强流脉冲电子束对材料表面改性研究18-20
• 1.3.1 强流脉冲电子束与材料表面相互作用机制19
• 1.3.2 强流脉冲电子束对硬质合金刀具表面改性19
• 1.3.3 强流脉冲电子束对涂层材料表面改性19-20
• 1.4 本研究的选题依据及研究内容20-22
• 1.4.1 研究的目标及意义20
• 1.4.2 本文的主要内容20-22
• 第2章 实验材料及研究方法22-30
• 2.1 实验材料及设备22-25
• 2.1.1 实验材料22-23
• 2.1.2 实验仪器及分析手段23
• 2.1.3 SOLO-HCPEB强流脉冲电子束设备23-25
• 2.2 响应面设计方法25-26
• 2.2.1 响应面设计方法原理25
• 2.2.2 Box-Behnken Design设计方法25-26
• 2.3 材料性能表征26-28
• 2.3.1 微观形貌观察及粗糙度测量26
• 2.3.2 物相分析26-27
• 2.3.3 涂层刀具微观硬度检测27-28
• 2.4 涂层刀具切削性能验证28-30
• 2.4.1 车削用涂层刀具切削性能验证28
• 2.4.2 铣削用涂层刀具切削性能验证28-30
• 第3章 强流脉冲电子束轰击车削用硬质合金TiAlN涂层刀具性能研究30-49
• 3.1 不同轰击次数对刀具涂层组织结构和性能的影响30-37
• 3.1.1 涂层微观形貌观察30-31
• 3.1.2 涂层厚度及元素含量31-32
• 3.1.3 涂层表面物相组成32-33
• 3.1.4 涂层表面显微硬度33-34
• 3.1.5 工艺参数设计34-35
• 3.1.6 工艺参数的显著性分析35-37
• 3.2 响应面方法优化强流脉冲电子束轰击工艺参数37-38
• 3.2.1 最佳工艺参数确定37-38
• 3.2.2 显著模型分析38
• 3.3 不同能量电子束对车削用刀具TiAlN涂层组织和性能的影响38-45
• 3.3.1 TiAlN涂层表面微观结构及粗糙度变化38-41
• 3.3.2 刀具TiAlN涂层截面元素含量分析41-42
• 3.3.3 刀具TiAlN涂层物相分析42-44
• 3.3.4 涂层表面显微硬度44-45
• 3.4 车削用涂层刀具切削性能验证45-49
• 第4章 强流脉冲电子束轰击铣削用硬质合金TiAlN涂层刀具性能研究49-68
• 4.1 强流脉冲电子束轰击TiAlN涂层处理工艺49-53
• 4.1.1 工艺参数的设计49-50
• 4.1.2 工艺参数的显著性分析50-53
• 4.2 响应面方法优化强流脉冲电子束工艺参数53-57
• 4.2.1 显著模型分析53-56
• 4.2.2 最佳工艺参数确定56-57
• 4.3 强流脉冲电子束对铣削用刀具TiAlN涂层微观组织及性能的影响57-64
• 4.3.1 涂层表面形貌及粗糙度变化57-60
• 4.3.2 涂层截面形貌及元素含量分析60-62
• 4.3.3 涂层表面纳米硬度和弹性模量62-63
• 4.3.4 涂层表面纳米压痕测试63-64
• 4.4 铣削用涂层刀具切削性能验证64-68
• 结论68-70
• 参考文献70-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王忠;梅显秀;王存霞;孙文飞;郝胜智;武洪臣;秦颖;董闯;;强流脉冲电子束辐照对NiCoCrAlY涂层结构和性能的影响[J];强激光与粒子束;2009年09期

2 王均涛;刘平;李伟;郑康培;;TiAlN硬质涂层的研究进展[J];热加工工艺;2010年20期

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本文编号：1093296