高速钢刀具含Si多元复合涂层的制备及切削性能研究

发布时间：2017-09-26 12:30

  本文关键词：高速钢刀具含Si多元复合涂层的制备及切削性能研究

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【摘要】：采用PVD多弧离子镀技术,在高速钢(W6Mo5Cr4V2)试样片和高速钢铣刀表面沉积含Si多元复合涂层。改变合金靶的成分和PVD沉积工艺来控制涂层的成分和结构,采用X射线衍射仪、扫描电镜分析涂层的组织结构;采用纳米压痕仪、划痕仪、POD摩擦磨损机研究涂层的力学性能;通过切削实验研究涂层刀具的磨损形貌及涂层失效机理。主要结论如下:(1)含Si多元复合涂层的主要相结构为fcc-CrN相,涂层中Al以AlN相或(Cr,Al)N固溶体存在;Cr以Cr2N相或纯Cr相存在;Ti和Si主要以TiN相和非晶态Si3N4相存在。(2)涂层表面均存在富含Al,Ti,Cr等金属元素颗粒和浅坑。AlCr TiSiN-3涂层、AlCr TiSiN-6涂层与基体的结合性能较好,压痕周围不产生裂纹和剥落,膜基结合力分别为67 N和60 N。(3)低铝沉积AlCrTiSiN-3涂层的摩擦系数相对较低为0.48,高铝沉积AlCr TiSiN-6涂层的摩擦系数最低仅为0.42,磨损率最小,磨损形貌较为光滑,耐磨性最好。(4)在涂层刀具切削寿命测试中,AlCr TiSiN-3涂层、AlCr TiSiN-6涂层的切削寿命较高,切削长度分别为12.0 m和13.2 m,AlCrTiSiN-6涂层切屑表面较为光洁,加工面较平整,粗糙度为1.35μm。(5)涂层刀具的磨损机理主要表现为磨粒磨损和粘着磨损,同时还伴随着氧化磨损。
【关键词】：PVD 刀具涂层 工艺成分 组织结构 高速切削
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 刀具涂层的研究现状及分类9-11
• 1.1.1 普通硬质涂层9-10
• 1.1.2 超硬涂层10-11
• 1.1.3 纳米复合涂层和纳米复合多层涂层11
• 1.2 多弧离子镀技术11-14
• 1.2.1 镀膜设备11-12
• 1.2.2 多弧离子镀技术的工作原理12
• 1.2.3 多弧离子镀技术的工艺参数12-14
• 1.2.4 多弧离子镀技术在刀具涂层中的应用14
• 1.3 涂层刀具的切削寿命及其磨损机理研究14-16
• 1.3.1 涂层刀具的切削寿命研究14-15
• 1.3.2 涂层刀具的磨损机理研究15-16
• 1.4 刀具涂层技术的研究现状和发展前景16-20
• 1.4.1 刀具涂层技术的研究现状16-17
• 1.4.2 刀具涂层技术的发展前景17-20
• 1.5 本论文主要研究内容及研究意义20-22
• 1.5.1 本论文主要研究内容20
• 1.5.2 本论文主要研究意义20-22
• 第二章 试验材料与试验方法22-30
• 2.1 试样前处理和涂层制备22-24
• 2.1.1 试样前处理22
• 2.1.2 涂层制备22-24
• 2.2 涂层的性能表征24-28
• 2.2.1 涂层化学成分、物相及形貌分析24-25
• 2.2.2 涂层性能测试25-28
• 2.3 涂层刀具切削性能测试28-30
• 第三章 低铝含Si多元复合刀具涂层组织结构和切削性能30-47
• 3.1 涂层的物相及表面形貌分析31-35
• 3.1.1 涂层的物相分析31-33
• 3.1.2 涂层的表面形貌分析33-35
• 3.2 涂层的力学性能分析35-40
• 3.2.1 涂层的结合强度分析35-36
• 3.2.2 涂层的纳米压痕实验分析36-37
• 3.2.3 涂层的摩擦磨损性能分析37-40
• 3.3 涂层的切削寿命及切削机理研究40-46
• 3.3.1 涂层的切削寿命40-41
• 3.3.2 涂层的切削机理研究41-46
• 3.4 小结46-47
• 第四章 高铝含Si多元复合刀具涂层组织结构和切削性能47-66
• 4.1 涂层的物相及表面形貌分析48-51
• 4.1.1 涂层的物相分析48-49
• 4.1.2 涂层的表面形貌分析49-51
• 4.2 涂层的力学性能分析51-59
• 4.2.1 涂层的结合强度分析51-53
• 4.2.2 涂层的纳米压痕实验分析53-54
• 4.2.3 涂层的摩擦磨损性能分析54-59
• 4.3 涂层的切削寿命及切削机理研究59-65
• 4.3.1 涂层的切削寿命59-60
• 4.3.2 涂层的切削机理研究60-65
• 4.4 小结65-66
• 第五章 结论66-67
• 参考文献67-71
• 在校研究成果71-72
• 致谢72

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本文编号：923541