Zr-B-O-N纳米复合刀具涂层的制备工艺以及性能研究

发布时间：2023-09-29 05:09

　　随着械加工朝着高速、高精度、高效和环保等方面发展,改善现有刀具是一项有重大意义的任务。刀具涂层可显著提升刀具切削性能,通过在刀具表面沉积一层或多层硬度高、耐磨性好、抗氧化能力强的涂层,可以极大的提升刀具的使用寿命和加工效率。目前,刀具涂层正朝着多元化、复合化、纳米化和低温沉积的方向发展,PVD工艺已成为主流技术。与纳米多层膜相比,纳米复合刀具涂层应用范围更广,实用性更强。基于上述背景,本文采用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控共溅射复合技术制备Zr-B-O-N刀具涂层,通过系统研究氧含量对涂层生长、高温下组织结构演变、力学性能、摩擦磨损性能、抗氧化能力和涂层刀具切削性能等方面的影响,搞清楚Zr-B-O-N涂层组织结构的生成规律、在高温下的演变规律,与此相关的力学性能、摩擦学行为和切削性能的变化规律,以及氧元素对Zr-B-O-N涂层组织结构和性能的影响机理。Zr-B-O-N涂层的表面和断面形貌由扫描电子显微镜(SEM)和超景深显微镜观察;成分由能谱仪(EDX)进行分析;物相组成采用X射线衍射仪进行测试;硬度和弹性模量采用纳米压痕仪和显微硬度计测量;内应力由薄膜应力仪测量;摩擦学性能由摩擦磨...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 涂层技术概述
        1.2.1 气相沉积技术
        1.2.2 物理气相沉积技术(PVD)
        1.2.3 高功率脉冲磁控溅射技术(HiPMIS)
    1.3 涂层刀具及加工技术概述
        1.3.1 刀具及高速切削技术发展现状
        1.3.2 刀具涂层的发展
    1.4 本课题研究方法
    1.5 本课题主要研究内容
第2章 实验过程
    2.1 制备Zr-B-O-N涂层所用实验设备
    2.2 制备Zr-B-O-N涂层所用材料和实验步骤
        2.2.1 靶材及其布局
        2.2.2 基片预处理及实验步骤
    2.3 Zr-B-O-N涂层表征和性能测试
        2.3.1 涂层微观结构及成分测试
        2.3.2 涂层力学性能测试
        2.3.3 涂层摩擦磨损性能测试
        2.3.4 涂层热处理实验
    2.4 Zr-B-O-N刀具涂层性能测试
    2.5 本章小结
第3章 Zr-B-O-N涂层的微观结构、力学性能及摩擦学行为分析
    3.1 Zr-B-O-N涂层微观结构
        3.1.1 Zr-B-O-N涂层沉积速率
        3.1.2 Zr-B-O-N涂层成分
        3.1.3 Zr-B-O-N涂层XRD
        3.1.4 Zr-B-O-N涂层表面和截面形貌
    3.2 Zr-B-O-N涂层力学性能
        3.2.1 Zr-B-O-N涂层残余应力
        3.2.2 Zr-B-O-N涂层硬度与弹性模量
    3.3 Zr-B-O-N涂层摩擦磨损性能
        3.3.1 Zr-B-O-N涂层摩擦系数
        3.3.2 Zr-B-O-N涂层磨损率
        3.3.3 Zr-B-O-N涂层磨损形貌
    3.4 本章小结
第4章 Zr-B-O-N涂层热处理后微观结构、力学性能分析
    4.1 不同氧气流量比沉积Zr-B-O-N涂层热处理
        4.1.1 XRD
        4.1.2 表面和截面形貌
        4.1.3 显微硬度
    4.2 不同温度热处理后的Zr-B-O-N涂层
        4.2.1 涂层成分
        4.2.2 XRD
        4.2.3 表面和截面形貌
        4.2.4 显微硬度
        4.2.5 残余应力
    4.3 本章小结
第5章 Zr-B-O-N刀具涂层制备及切削实验
    5.1 刀具涂层制备
    5.2 刀具涂层切削性能测试分析
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 未来展望
参考文献
致谢
申请学位期间的研究成果及发表的论文



本文编号：3849348