CBN珩齿刀具涂层制备及加工特性研究

发布时间：2020-05-25 21:24

【摘要】：在强力珩齿加工中,超硬刀具的研究逐渐成为先进制造技术的重点研究方向,立方氮化硼(CBN)珩磨轮因其具有较高的硬度、较高的热稳定性以及化学稳定性等良好的物理和化学性质成为解决硬齿面齿轮精加工难题的有效途径,因此立方氮化硼涂层的制备以及性能研究一直是国际上研究的热点。本文在撰写过程中查阅了大量国内外文献,建立了 CBN薄膜生长的相场模型,运用MATLAB软件,完成了物理气相沉积过程的模拟仿真,缩短了实验周期;采用的磁控溅射的物理气相沉积方法在钢制基底上,制成了 CBN涂层珩磨轮;最后对物理气相沉积制备的CBN涂层珩磨轮的性能进行了研究和测试分析。本文的主要研究内容如下:(1)应用相场法理论通过MATLAB软件对CBN涂层的气相沉积过程进行了模拟计算,分析了被电离气体粒子在不同密度下的涂层表面微观形貌以及沉积时间对涂层表面形貌的影响。确定了实验过程中最佳气体流量,气体离子浓度配比以及最佳的沉积时间。(2)对于CBN涂层的制备工艺进行了探究,包括基底试样表面的处理工艺选择、涂层制备工艺的选择、靶材表面的预处理方法选择以及溅射电源的选择、涂层性能的检测手段等。同时通过对比实验验证了预溅射在沉积过程中的重要性。(3)通过检测和分析实验结果研究了实验参数对CBN涂层的影响,并得到如下结论:溅射功率在350W时涂层的膜基结合性能较好,溅射功率为300W或者400W时涂层与基底表面压痕边缘会出现明显的裂纹,涂层与基底的结合性能偏差;当反应腔内气体压力达到0.4Pa时,涂层的致密性和表面的粗糙度达到最佳,涂层中元素含量分布比较均匀;基底温度是350℃左右膜基结合力最好。本研究选用的的CBN涂层刀具的制备工艺参数为:靶材溅射功率为350W、沉积温度为350℃、反应过程的工作气压为0.4Pa,氮气流量为30sccm,氩气流量为150scm。(4)采用KISTLER 9129AA切削力测量系统和Ref]ex Core振动噪声采集分析系统,采集了未涂层珩磨轮与CBN涂层珩磨轮的珩削力、珩削振动、珩削噪声等珩削性能指标,对比和分析结果得出,珩磨轮刀具表面的CBN涂层,可以有效提高刀具的切削效率,并且减小机床本身的振动和噪音。
【图文】：

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宁夏大学硕士学位论文Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋Ｖａｐｏｒ邋Ｄ印ｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＣＶＤ）；物理气相沉积通常是在５００°Ｃ左右，采用物靶材，使靶村原子附着在基底表面形成涂层。化学气相沉积的工艺温度相对较高－？般右，利用化学反应生目标的涂层。而等离子体化学气相沉积则同时具备了物理气相相沉积的优点，通过低压气体放电产生的等离子体，促进气体的分解以及新的涂层沉积在基底表面形成涂层。逡逑按照涂层结构的不同涂层刀具又可以分为：单层涂层、多层涂层、复合涂层、硬薄膜涂层以及纳米涂层等。单层涂层是指直接在基底表面直接涂覆一种材料成分刀具则是为了提高涂层综合性能将不同材料或功能特性的涂层复合在一起涂覆在基１为纳米金刚石复合涂层断面ＳＥＭ图ｆ６］。梯度涂层则是通过改变涂层中的化学成分使涂层由一种化合物转变为另外一种化合物，图１－２为ＺｒＴｉＮ梯度涂层断面图［２＇邋７］。逡逑

断面图,涂层刀具,涂层,梯度涂层

按照涂层结构的不同涂层刀具又可以分为：单层涂层、多层涂层、复合涂层、梯度涂层、超逡逑硬薄膜涂层以及纳米涂层等。单层涂层是指直接在基底表面直接涂覆一种材料成分的涂层，复合逡逑刀具则是为了提高涂层综合性能将不同材料或功能特性的涂层复合在一起涂覆在基底表面，图１－逡逑１为纳米金刚石复合涂层断面ＳＥＭ图ｆ６］。梯度涂层则是通过改变涂层中的化学成分含量的配比，逡逑使涂层由一种化合物转变为另外一种化合物，图１－２为ＺｒＴｉＮ梯度涂层断面图［２＇邋７］。逡逑常规金刚石涂层逦朦逡逑栜合金■邋—yU逡逑图１－１纳米金刚石复合涂层断面ＳＥＭ图逡逑＼逦？．r2逡逑图１－２邋ＺｒＴｉＮ梯度涂层断面图逡逑按照涂层基底材料的不同涂层刀具可分为高速钢涂层刀具、硬质合金刀具以及超硬材料涂层逡逑（立方氮化硼和金刚石）刀具。超硬材料涂层刀具的制备原理是在超硬基底材料的表面通过在其逡逑表面沉积相对较软的涂层材料来提高表面的韧性，进而提高刀具的加工性能。逡逑涂层刀具将基底与涂层的优点结合起来，并且可以综合其力学性能和切削性能以达到提高基逡逑底刀具的加工性能，减少刀具库存，提高经济效益的目的。涂层刀具可以用在高速切削的机床中，逡逑并且在加工过程中可以提高涂层刀具的进给量和切削速度。由于涂层刀具的重磨性比较差，涂层逡逑－２邋－逡逑
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TG71

【参考文献】