多弧离子镀刀具复合涂层的制备与性能研究
发布时间：2017-07-18 00:03
本文关键词：多弧离子镀刀具复合涂层的制备与性能研究
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【摘要】：随着机械制造行业的高速发展,对切削加工刀具的要求也随之提高,刀具涂层工艺使刀具综合性能和加工效率的提升愈发明显。基于TiAlN涂层优良的耐磨损性能、抗氧化性和硬度,本文对多元氮化物TiAlN复合涂层进行了研究,在硬质合金和高速钢两种基体上制备涂层并分析性能。通过对多弧离子镀技术原理的研究,设计基准实验涂层：打底层为TiN,工作层为TiAIN。在对比实验中引入梯度工艺结构的设计理念：第一步对比实验是通过渐进式改变轰击清洗基体并初步镀打底层TiN的偏置电压区分于传统工艺的偏置电压直降；第二步对比实验在第一步梯度偏置电压工艺基础之上,设计中间过渡层TiN+TiAlN来制造梯度涂层结构。最后采用多弧离子镀技术制备了符合梯度设计理念的TiAlN复合涂层：涂层由底层TiN、中间过渡层TiN+TiAlN以及工作层TiAlN组成。本文探讨了基体偏置电压梯度变化和加入中间过渡涂层两种工艺对硬质合金和高速钢基体涂层的厚度、硬度以及膜基结合力的影响,从这两种工艺的对比实验中得到结论：基体偏置电压梯度下降能有效改善TiN打底层性能,增加其厚度,对涂层整体膜基结合力的影响在高速钢基体上尤为显著,对于硬质合金基体涂层性能也有提升；加入中间过渡层形成涂层梯度结构,直接加大了涂层整体厚度,对于涂层应力变化和整体性能改善略有提升。并且同等工艺参数条件下硬质合金基体涂层性能优于高速钢基体涂层。
【关键词】：刀具涂层 多弧离子镀 TiAlN 偏置电压 结合力
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：
- 致谢5-6
- 摘要6-7
- ABSTRACT7-11
- 1 引言11-26
- 1.1 研究背景11
- 1.2 刀具涂层材料及其分类11-15
- 1.2.1 硬涂层12-14
- 1.2.2 软涂层14-15
- 1.3 刀具涂层结构15-16
- 1.4 刀具涂层常用制备方法16-22
- 1.4.1 化学气相沉积法(CVD)16
- 1.4.2 物理气相沉积法(PVD)16-22
- 1.5 TlALN涂层国内外研究现状22-24
- 1.6 论文研究目的和内容24-26
- 2 多弧离子镀26-32
- 2.1 真空阴级电弧沉积技术的原理26-27
- 2.2 多弧离子镀工艺参数27-31
- 2.2.1 弧电流27-28
- 2.2.2 弧电压28
- 2.2.3 轰击电压28
- 2.2.4 基体偏置电压28-29
- 2.2.5 镀膜温度29
- 2.2.6 氩离子轰击时间29
- 2.2.7 主弧轰击时间29-30
- 2.2.8 镀膜时间30
- 2.2.9 压强30
- 2.2.10 氮气分压30-31
- 2.3 多弧离子镀技术的特点31-32
- 3 涂层及实验设计32-41
- 3.1 涂层设计原理32
- 3.2 实验设计方案32-34
- 3.2.1 偏压梯度变化33
- 3.2.2 涂层成分结构梯度变化33-34
- 3.2.3 涂层性能检测34
- 3.3 涂层实验设备34-37
- 3.3.1 镀膜室35
- 3.3.2 蒸发离化源35
- 3.3.3 真空系统35-36
- 3.3.4 供气系统36
- 3.3.5 冷却水系统36
- 3.3.6 电气系统36-37
- 3.4 实验工艺37-41
- 3.4.1 工件镀膜前处理37
- 3.4.2 镀膜过程37-41
- 4 多弧离子镀复合涂层的偏压梯度变化研究41-52
- 4.1 高速钢基体涂层性能对比43-47
- 4.1.1 涂层分层厚度43-44
- 4.1.2 涂层分层显微硬度44-45
- 4.1.3 涂层膜基结合力45-47
- 4.2 硬质合金基体涂层性能对比47-52
- 4.2.1 涂层分层厚度47-49
- 4.2.2 涂层分层显微硬度49-50
- 4.2.3 涂层膜基结合力50-52
- 5 弧离子镀复合涂层的结构梯度变化研究52-63
- 5.1 高速钢基体涂层性能对比54-58
- 5.1.1 涂层分层厚度54-55
- 5.1.2 涂层分层显微硬度55-56
- 5.1.3 涂层膜基结合力56-58
- 5.2 硬质合金基体涂层性能对比58-63
- 5.2.1 涂层分层厚度58-59
- 5.2.2 涂层分层显微硬度59-60
- 5.2.3 涂层膜基结合力60-63
- 6 结论63-64
- 参考文献64-66
- 作者简历66-68
- 学位论文数据集68
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