毕泗庆[1]2007年在《用于钢材切削加工的Fe、Ni代Co硬质合金刀具材料的研究》文中进行了进一步梳理自德国人Karl Schroter于1923年用粉末冶金方法研制成WC-Co硬质合金以来，传统的硬质合金一直是以Co为主要粘结剂。但是Co是一种昂贵而稀缺的金属，世界储量极其有限。Fe、Ni与Co同属铁族金属，很多物理、化学性能相近，但Ni资源只是相对Co而言比较丰富，世界储量也很有限。Fe资源非常丰富，因此实现以Fe或部分Fe作硬质合金的粘结剂，具有重大的战略意义和经济意义。硬质合金按用途分为四个类别，分别以字母K，P，M和G表示。纯Fe代Co硬质合金应用很少，Fe部分代Co硬质合金一般都用于属于G类的矿山工具、石油钻探、地质勘探等，但在切削钢材等要求高硬度高耐磨性的场合研究很少。Fe基粘结剂硬质合金用于切削刀具时主要存在几个问题：①WC+Fe硬质合金的两相区太窄，控碳困难；②Fe基粘结剂硬质合金刀具易生锈③切削加工钢材时易与钢材粘结。本文通过添加Ni和TiC、优化控碳范围、优化烧结工艺和采用涂层技术来改善Fe代Co硬质合金的性能，并研究了这些因素对合金组织和性能的影响。首先通过配制5个不同碳含量的4种合金：WC+Fe、WC+TiC+Fe、WC+Ni+Fe和WC+TiC+Ni+Fe，来研究添加Ni和TiC对组织和性能的影响及最佳控碳范围。实验表明，添加Ni和TiC可以较明显地增大合金控碳范围，降低工艺的难度，而且添加Ni还可以明显提高合金的抗弯强度，添加TiC对硬度的提高也有一定的帮助。通过比较各种合金的组织和性能，得出WC+TiC+Ni+Fe系合金具有最佳的综合性能，其粉料的最佳控碳点在5.91％左右。然后针对WC+TiC+Ni+Fe合金，采用4种不同的烧结温度：1360℃、1400℃、1440℃和1480℃，研究烧结温度对合金组织和性能的影响。结果表明合金在1440℃达到“双高”，硬度为91.6HRA，强度为1720MPa，且组织正常，因此，烧结温度在1440℃左右适合此合金烧结。为了进一步考察WC+TiC+Ni+Fe合金的性能，制备了纯Fe和纯Co粘结剂合金：WC+TiC+Fe和WC+TiC+Co，以作对照。研究了它们涂层后的性能，包括切削性能。试验表明：Fe基粘结剂硬质合金的涂层结合强度良好，WC+TiC+Ni+Fe合金涂层前后的抗弯强度与传统的WC+TiC+Co合金相当，涂层技术有助于克服铁基粘结剂硬质合金刀具的锈蚀的问题。涂层前，WC+TiC+Ni+Fe和WC+TiC+Co合金刀片耐磨损和耐冲击性能相当。涂层后，在连续车削的初步试验中WC+TiC+Ni+Fe显示了较好的切削性能。涂层对于易与钢铁件粘结的Fe基粘结剂硬质合金刀具有较大的防护作用。
刘强[2]2007年在《涂层硬质合金刀具切削性能研究》文中指出涂层硬质合金刀具以其高硬度、高耐磨性、良好的化学稳定性和高的通用性等特点，广泛地应用于金属切削加工领域，是当前世界各国重点研究开发的刀具之一。与国外相比，国内对涂层硬质合金刀具的研究和使用还有一定的差距，特别是对MT-TiCN和TiAlN涂层硬质合金刀具切削性能的研究还很少。为了探询国内与国际最先进涂层硬质合金刀具之间的差距和研究MT-TiCN与TiAlN涂层硬质合金刀具之间的性能差异，本文以四种涂层硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti为实验，对此进行了较为深入的研究。首先，通过切削力实验研究了切削用量对切削力的影响，并对四种刀具的切削力进行了对比分析。实验结果及分析表明，在采用小进给量、小切削深度切削时，出现了径向力大于主切削力的现象；随着切削速度的增加，GC2025和YBC251刀具的切削力先减小后增大，而GC1025和YBM252刀具的切削力是一直减小的；国外同类型涂层硬质合金刀具的切削力较小。其次，依据表面粗糙度的正交实验，分析了加工参数对奥氏体不锈钢工件表面粗糙度的影响，结果表明，对加工厂件表面粗糙度影响最大的因素是进给量f，而刀片类型、切削速度v、切削深度和干湿切削条件对试验结果的影响依次减弱。随后，研究了切削用量对变形系数的影响和切屑的微观形貌，分析表明：切削速度和进给量对变形系数影响较大，切削深度的变化对变形系数影响不大；奥氏体不锈钢切屑的微观形态一边是锯齿形状，另一边是光滑带状，而且锯齿形是不对称的。最后，分析了四种涂层硬质合金刀具的寿命及磨损形态，深入研究了涂层硬质合金刀具的磨损原因，并分析了两种MT-CVD涂层刀具显微结构的差异。实验结果及分析显示：PVD工艺的YBM252刀具寿命显着高于CVD工艺的YBC251刀具，而国外产GC2025和GC1025刀具的切削寿命都显着高于国内产的YBC251和YBM252刀具；GC2025刀具采用了交替涂覆的多层涂层和富Co的梯度结构硬质合金基体，而YBC251刀具采用的是传统的多层涂层技术和均质硬质合金基体。
刘沙[3]2003年在《硬质合金基体表面预处理及其金刚石涂层的研究》文中进行了进一步梳理金刚石薄膜与硬质合金基体较差的粘结性能，以及金刚石薄膜本身不稳定的组织结构性能，是阻碍金刚石涂层硬质合金产品大批量生产和应用的关键问题，其研究目前仍是一个热点。解决这两个问题，必须掌握硬质合金基体上金刚石薄膜形核、生长和性能的诸多影响因素及其相互关系和变化规律。论文的主要研究内容和方法包括： 1) 研究了用Murakami剂浸蚀WC相、和各种酸及其混合液除去Co相的化学浸蚀，特别是二步法浸蚀硬质合金基体表面预处理工艺方法，以及与之相匹配的热丝法化学气相沉积(HF CVD)金刚石薄膜沉积工艺。 2) 用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微术(SEM)、X射线电子能谱(EDXS)、拉曼(Raman)光谱仪、洛氏硬度(Rockwell Hardness)计等检测分析了硬质合金基体表面特性和金刚石薄膜的性能。 3) 在理论上较为全面地研究了影响金刚石涂层硬质合金过程的主要因素，硬质合金基体表面特性对金刚石薄膜形核的影响，以及硬质合金基体上金刚石薄膜组织结构及性能的特点和变化规律。 4) 建立了热丝法金刚石涂层硬质合金温度场模型，采用程序计算和绘制了温度场图形，并讨论了其影响因素。 5) 研究了微晶金刚石薄膜在硬质合金基体上取向生长工艺和机理。 6) 研究和探讨了硬质合金基体上磁控溅射钼中间过渡层、离子渗氮的预处理工艺方法，及其对金刚石薄膜组织结构的影响。 论文研究的主要结果有： 1) 二步浸蚀法是除去硬质合金基体表面一定深度范围内Co含量的有效方法，并对硬质合金基体表面特性有重要影响。对于不同Co含量的硬质合金基体，应采用不同的浸蚀剂和工艺方法。采用与金刚石沉积过程相匹配的工艺，可以改善硬质合金基体上金刚石薄膜的性能。 2) 硬质合金基体表面Co含量和沉积温度场是引起金刚石薄膜组织结构和性能变化的两个主要因素，而其中起主导作用的因素，将根据具体情况的变化而进行转变。随着CVD沉积温度的降低，金刚台文。沙博士学位论文摘要石薄膜的晶粒组织明显减小。在800一1000℃温度范围内，降低CVD沉积温度约100℃，可使金刚石薄膜的晶粒度减小约5倍。但沉积温度降低至约700℃时，薄膜的金刚石纯度大大降低。 3)金刚石薄膜形核率的计算，与一般的球冠状核心不同，必须考虑金刚石晶核的外表形状。当硬质合金基体表面有钻存在时，硬质合金基体上金刚石薄膜形核率的计算，应采用下列公式: dN/d‘二A’pNAn·{exp(Ed一Es一△G’/kT)一exp(一E{/kT)}丫厄不丽不当硬质合金基体表面预处理引起表面位错密度增加时，金刚石薄膜形核率的计算为: ‘N/‘t二A‘pN人n·‘e·p‘E‘一Es一△G‘/kT，·e·p(一△G’d/kT，一e·p‘一E;/kT，}厂不丽r 另外，表面预处理引起的其它表面缺陷如空位、晶界等密度的增加，同样应考虑进去，故上式还应加上两项:exp。Q/kT)和expGEh/kT)，其中Q为空位表面扩散激活能，E，、为晶界表面扩散激活能。 4)采用较低的CVD沉积温度(约为800℃)和较高的气压，在硬质合金基体上制得了结构取向为{001}面、晶粒度约为1一3林m的金刚石薄膜。其机理研究表明，硬质合金基体表面WC的取向，对金刚石薄膜生长取向有重要影响。 5)热丝法金刚石涂层硬质合金温度场的模型为日ZT日ZT日乙T.日‘T .q(r)~--，丁十一一-气犷十—a丫‘口Y‘兄=O式中，q(r)=(责)q。e一k·2，而q。=qz(，石k一，/2)。 热源参数q。和基体表面特性参数兄对金刚石涂层硬质合金温度场的影响作用几乎同等重要，而基体厚度h的影响也应该高度重视。 6)磁控溅射铝作为硬质合金基体上中间过渡层，可以抑制基体中的钻在界面的扩散，获得高纯度的金刚石薄膜。与未沉积铝过渡层的基体相比，金刚石薄膜在有铝过渡层基体上的晶体生长速度较慢，获得相同厚度金刚石薄膜的时间需延迟约1小时。 硬质合金与钢铁产品同时进行等离子渗氮后，试样沉积薄膜的组织形貌呈典型的类金刚石球形状，其金刚石的化学纯度很低，薄膜以石墨和非晶碳为主。
王社权[4]2003年在《基体对涂层硬质合金组织和性能的影响》文中指出目前，涂层硬质合金可转位刀片使用越来越广泛，不同的使用领域对涂层合金提出不同的要求。但要获得性能优良的涂层硬质合金，必须要有性能优良的专用硬质合金基体与涂层相配合。 本文采用4种成分不同的硬质合金基体，WC-Co、WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6％Co、WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-10％Co、WC-(W,Ti)C-(Wa,Nb)C-TiCN-Co。通过常规的检测、金相显微镜、扫描电镜及能谱分析、切削实验等一些手段，研究了碳含量和烧结气氛对硬质合金基体性能的影响，TiCN含量对WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-TiCN-Co合金性能的影响，涂层硬质合金的界面结构及切削性能，涂层硬质合金在不同应用条件下切削性能的优缺点。本研究的结果表明： 1．WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-TiCN-Co基体由于含有脱β层，综合性能十分优越。抗弯强度比WC-Co、WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6％Co合金高，硬度与WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)-6％Co合金相当。 2．基体的性能受碳含量和烧结气氛的影响，随着合金碳含量的增加，合金的抗弯强度和硬度依次下降。在Ar气下烧结，WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6％～10％Co合金由于有(W,Ti)C和(Ta,Nb)C固溶体的存在，表面有Co相聚集。 3．合金基体进行涂层后，合金的抗弯强度大幅下降。基体配碳量低，在基体和涂层之间形成脱碳相。 4．WC-Co基体涂层合金适合于加工铸铁，低Co含量的WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-Co合金适合于加工钢材，高Co含量的WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-Co合金在切削实验条件下基本无明显的优势。表面富Co层(脱β层)合金由于刃口强度高，综合使用性能良好。
韩文强[5]2014年在《TiN、TiAlN摩擦磨损特性及其涂层刀具、齿轮的性能研究》文中研究指明陶瓷涂层作为一种具有极高硬度的材料,在不改变基体外形和尺寸的前提下,通过一定方法沉积在基体表面,能够有效改善基体的耐磨性能、力学性能和使用寿命等。随着表面工程技术的快速发展,高性能陶瓷涂层的制备技术逐渐丰富,应用领域不断扩大,使用高性能陶瓷涂层的装置和零部件也越来越多。其中,TiN和TiAlN陶瓷涂层具有较低的摩擦系数、较高的熔点和硬度以及良好的耐磨性能等优点,已广泛应用于机械和微电子等工业领域,成为国内外硬质涂层材料研究的热点。本文采用PVD技术分别在40Cr钢试片、YT15硬质合金刀具和齿轮表面沉积了TiN和TiAlN涂层,并进行了以下试验：(1)以304不锈钢球为摩擦配副,对40Cr钢表面的TiN和TiAlN涂层进行了干式往复滑动试验,研究法向载荷对涂层摩擦系数的影响,分析磨痕形貌和磨损机理；(2)采用未涂层刀具以及TiN和TiAlN涂层刀具对调质40Cr钢进行干切削试验,测量其在不同切削参数下的切削力和不同切削速度下的工件表面粗糙度值；(3)采用田口方法建立以切削速度、进给量和背吃刀量为设计变量,以表面粗糙度为输出特性指标的切削试验模型,对40Cr钢进行涂层刀具正交干切削试验,获取TiN和TiAlN涂层刀具最优的切削参数；(4)采用Deform3D软件对涂层刀具的切削过程进行有限元分析,得到涂层刀具在不同切削速度下应力场、温度场和切削力的分布及变化规律,并与试验结果进行对比；(5)采用扫描电镜对切削试验后TiN和TiAlN涂层刀具的磨损区域进行微观观察,并进行EDS分析,探讨涂层刀具的磨损形态和磨损机理；(6)对TiN和TiAlN涂层沉积后的齿轮进行台架试验,分析齿轮涂层对齿轮传动效率和耐磨性能的影响。以上研究表明：(1)TiN涂层的摩擦系数随法向载荷的增大而减小,且曲线较为平稳；TiAlN涂层的摩擦系数随法向载荷的增大呈现先增大后减小的趋势,且曲线波动较大。TiN和TiAlN涂层在低载荷时的磨损机理主要是磨粒磨损,较高载荷时的磨损机理则是氧化磨损、磨粒磨损和粘结磨损共存。(2)在相同的切削参数下,叁种刀具的切削力和加工表面粗糙度由小到大的排序是：TiAlN涂层刀具<TiN涂层刀具<YT15刀具。(3)以表面粗糙度为优化目标时,TiN涂层刀具最优切削参数水平为切削速度120m/min,进给量0.1mm/r,背吃刀量0.8mm,此时表面粗糙度为Ral.85μm; TiAlN涂层刀具最优切削参数水平为切削速度190m/min,进给量0.1mm/r,背吃刀量0.8mm,此时表面粗糙度为Ral.27μm。(4)有限元仿真结果显示刀尖刃前区的应力最为集中和复杂,该应力随着切削速度的增大而增大,说明刀尖是最易磨损的部位。仿真预测的切削温度场的分布和切屑的成形过程与金属切削理论吻合,预测的主切削力与试验结果的最大误差为8.3%,最小误差为5.1%。(5)切削试验后,两种涂层刀具的前刀面和后刀面均有不同程度的磨损。TiN涂层刀具的主要磨损形态和磨损机理是前刀面的月牙洼磨损和主后刀面的粘结磨损、磨粒磨损,其中前刀面的月牙洼磨损较为严重,涂层有明显剥落,主后刀面有较深的磨粒划痕,刀尖部分没有崩刃,但磨钝现象严重。TiAlN涂层刀具的主要磨损形态和磨损机理是切削刃的破损和刀尖的微崩刃,并伴随有扩散磨损和氧化磨损。(6)涂层齿轮的传动效率比未涂层齿轮能更早地进入稳定阶段,并且其传动效率比未涂层齿轮增加约1.1%～4.2%,TiAlN涂层齿轮比TiN涂层齿轮具有更好的耐磨性能。
程军[6]2016年在《真空消失模法钢基SHS硬质涂层的制备及性能研究》文中研究说明为解决钢铁基体表面铸渗硬质涂层制备过程中涂层易产生气孔、夹渣等缺陷,界面结合强度不高和厚度范围窄等问题,本文提出了将自蔓延高温合成(SHS)技术与真空消失模铸造(V-EPC)工艺相结合,在钢铁铸件表面原位制备出SHS硬质涂层。结果表明,制备的钢基SHS硬质涂层厚度范围宽、致密度高、结合强度高、耐磨、耐冲击且表面质量良好,适合于规模化工业生产。本文设计了Ti-C和Ti-W-C两种自蔓延高温合成反应体系。利用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜及其能谱分析、透射电镜以及力学性能测试等综合实验手段,研究了不同反应体系成分配比、涂覆层制作方式、V-EPC工艺参数、添加剂、热处理工艺等对硬质涂层组织和性能的影响：对硬质涂层及颗粒相形成机理进行了分析。得到以下主要结论：Ti-C和Ti-W-C两种SHS反应体系制备硬质涂层的基本配比：Ti/C摩尔比0.75～1.0；W/Ti摩尔比0.5～1.0。Ti-C体系钢基硬质涂层组织主要由原位合成的TiC颗粒和基体相组成=Ti-W-C体系钢基硬质涂层组织分内外两层,内层以细小的TiC和(Ti,W)C颗粒相为主,外层以细小的TiC和粗大WC颗粒为主。压坯脱胶后硬质涂层内部质量好,随着压坯压制力的增加,反应合成的TiC颗粒细小,弥散分布,压坯压制力控制在80MPa～160MPa.通过正交实验得到较优的V-EPC工艺参数为：高锰钢浇注温度为1520℃,负压真空度为0.03～0.05MPa,金属钛粉粒度为200～300目,粘结剂为2%聚乙烯醇水溶液。随着TiC和WC颗粒加入量的增加,可提高硬质涂层组织致密度,反应合成的TiC颗粒更为细小,分布均匀,颗粒相体积分数显着增加,显微硬度呈上升趋势。加入TiC颗粒后硬质涂层组织由反应合成TiC颗粒、外加TiC颗粒和基体相构成。加入WC颗粒后的硬质涂层组织由反应合成的TiC颗粒、具有芯／壳结构(Ti, W) C环形相以及基体相组成;经热处理后(Ti, W) C环形相重新溶解析出,环形相厚度变小,部分W元素固溶于基体相中产生固溶强化。添加TiC的硬质涂层显微硬度最高值为3100HV。外加TiC最佳加入量为10wt.%, WC加入量控制在10wt.%～15wt.%之间。加入稀土Ce02后,可以净化涂层组织,提高致密度。可消除粗大的树枝晶组织,减少TiC颗粒团聚现象,形成均匀细小的粒状晶组织。稀土Ce02加入量低于1.5wt.%。随TiC和wC加入量的增加,硬质涂层界面结合强度增加；硬质涂层的冲击韧性下降,添加WC后涂层冲击韧性下降幅度大一些,冲击断口为脆性解理断口；抗磨粒磨损性能增加,添加TiC后硬质涂层耐磨性能提高幅度更大,其抗磨粒磨损能力为基体高锰钢的8～10倍,为不添加硬质颗粒的1.5～3倍。随着TiC颗粒加入量的增加,磨损形貌中犁沟明显变浅直至消失,颗粒脱落现象减少,表现出良好的抗磨粒磨损性能。将熔体铸渗速率与Fourier传热模型相结合,建立了形成过程数学模型。熔体中反应合成TiC颗粒可分为TiC形核与长大两个阶段,熔体中Ti和C元素的浓度越高,其TiC形核阶段越长,生成的TiC晶核数量越多。TiC颗粒生长为小平面光滑生长模式。成功制备了SHS钢基硬质涂层螺旋叶片,其表面质量良好,组织致密,与基体呈冶金结合,满足工业化生产的工艺要求。解决了螺旋叶片在使用过程中的断裂和局部磨损问题。
罗娟[7]2011年在《YG8硬质合金Ni-Cu-P化学镀层制备及钎焊性能研究》文中指出硬质合金是一种高硬度、高耐磨性、良好红硬性和化学稳定性良好的碳化物烧结材料,其中YG8硬质合金在机械加工、地质勘探、矿山开采等工业领域应用最为广泛。由于YG8硬质合金成形性能差,制造加工成本非常高,故常与塑性好的钢材钎焊在一起,作为工作部位使用。但是YG8硬质合金和钢的热膨胀系数相差大,钎焊后焊缝应力较大,容易产生空穴、裂纹和断裂等缺陷,严重影响刀具的使用寿命。本文尝试利用化学镀技术在YG8硬质合金表面预镀一层合金过渡层,提高焊缝结合强度,改善其钎焊性能。YG8硬质合金化学镀的预处理涉及硬质合金的表面清洁、粗化、敏化和活化几个步骤,本文研究了硫脲和苯并叁氮唑缓蚀剂对硬质合金王水清洗过程中表面脱Co现象的影响,探索活化方案对镀层形貌和性能的影响,得到最佳的预处理工艺。本文采用叁元化学镀的方式在YG8硬质合金表面镀覆Ni-Cu-P叁元合金镀层,重点探讨镀液PH值、主盐硫酸铜浓度即镀液Ni/Cu原子比和镀覆温度对镀层组织形貌和膜基结合性能的影响,并利用优化的施镀工艺,通过对镀层进行焊锡铺展性实验和焊缝剪切强度测试,综合评价镀层对YG8硬质合金钎焊性能的影响,最终获得最佳镀覆工艺。经过比较研究,发现硫脲对YG8硬质合金王水清洗时的脱Co现象有缓解作用,当硫脲浓度为1mol/L时,硬质合金表面脱Co区深度仅为1-2μm,缓蚀效果较好,苯并叁氮唑对硬质合金表面有腐蚀作用。活化处理包括粗化、敏化、活化过程,可在硬质合金表面形成自还原催化核心,使Ni-Cu-P镀层的沉积顺利进行。镀液pH值、硫酸铜浓度和镀覆温度会对镀层组织性能产生影响,最佳的镀覆工艺参数为：硫酸铜浓度1.25g/L即镀液Ni/Cu原子比为5:1,pH=11,镀覆温度90℃,获得的镀层组织均匀致密,与焊料浸润性好,焊缝剪切强度达480MPa,有效地改善YG8硬质合金的钎焊性能。
陈响明[8]2012年在《硬质合金刀具TiN-TiCN-Al_2O_3-TiN多层复合涂层制备与组织性能研究》文中指出涂层刀具结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点,适用于高速度、高精度的自动化加工。涂层刀具在高速切削领域有巨大的发展潜力和广阔的应用前景,使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。本文以TiN-TiCN-Al2O3-TiN系列多层复合涂层硬质合金刀具为研究对象,对涂层的沉积热力学、流体力学以及沉积动力学,多层复合涂层的微观结构,元素在多层复合涂层中的扩散行为,残余应力分布,界面结合力以及抗氧化行为进行了详细深入的研究,得到以下几方面的结论：1)以硬质合金基体材料表面TiN-TiCN-Al2O3-TiN多层复合涂层为研究对象,计算了各子涂层的吉布斯自由能与温度的关系,计算了料盘内流体力学特征参数值如扩散长度、Peclet系数、Thiele长度和Thiele模量、雷诺数、Damkohler数以及Knudsen数,探讨了MT-TiCN及Al2O3涂层的沉积动力学；研究发现,在860℃-890℃温度范围内MT-TiCN沉积过程受表面反应动力学控制,其活化能为254kJ/mol, A12O3涂层的沉积过程主要受水蒸汽的生成反应所控制。热力学、流体力学及动力学研究为涂层制备的工艺参数设计提供了指导。2)设计和制备了iN/MT-TiCN/Al2O3/TiN多层复合涂层,利用扫描电镜、透射电镜、能谱仪以及二次离子质谱仪详细研究了多层复合涂层中各子涂层的微观结构；研究结果表明,TiN过渡层在WC晶粒上主要以外延生长为主,而在Co晶粒上主要以形核生长为主；设计与制备了C、N含量呈梯度分布的MT-TiCN涂层,不同生长阶段MT-TiCN涂层的微观结构明显不同；在MT-TiCN和Al2O3涂层间设计与制备了TiCO涂层,Al2O3在TiCO层上重新形核,Al2O3涂层呈柱状多晶体结构生长。3)探讨了基体和涂层组成元素在基体/多层复合涂层界面处的扩散行为。基体中的Co在涂层中主要沿晶界扩散,而W在涂层中的扩散由沿晶界扩散和体扩散两种方式组成,其在涂层中的扩散距离更大；探讨了Ti、Al元素在TiCO/Al2O3界面的扩散行为；研究发现,Ti、Al原子在TiCO/Al2O3界面处的扩散距离均很短或不扩散。4)计算了TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN多层复合涂层中的残余应力分布、涂层的断裂能、涂层产生裂纹的临界厚度、临界开裂应力和临界温度；利用X射线应力仪测试了样品中的残余应力；研究结果表明,基体和涂层间细小的热膨胀率差别会在涂层中形成较大的热应力；提高基体的韧性以及提高涂层的断裂能是提高涂层开裂临界厚度、临界开裂应力、临界开裂温度的主要途径；探讨了涂层开裂时残余应力的释放,研究发现,喷砂和喷丸可有效增加涂层中的裂纹密度、释放涂层中残余应力。5)利用划痕试验研究了多层复合涂层的结合强度,并对划痕形貌进行了深入分析；结果表明所设计的多层复合涂层与硬质合金基体之间均具有良好的结合强度。探讨了基体成份及涂层组合方式对涂层/基体界面结合强度的影响；研究发现,基体中WC的粒度、Co含量、立方碳化物相的加入以及表面是否形成富钴层均会对结合强度产生明显影响；多层复合涂层厚度的增加以及Al2O3涂层的加入使界面结合强度明显下降；用TiC代替TiCN形成TiN/TiC/Al2O3/TiN多层复合涂层并与不同的基体组合后,其在压痕试验中可承受的载荷要增加。多层复合涂层中存在多种破损形式,破损不仅发生在涂层与基体之间,也发生在各子涂层之间。6)研究了四类典型多层涂层试样在600℃-950℃和30min-120min条件下的抗氧化性能；与硬质合金材料的氧化相比,涂层试样在氧化过程中的活化能较低,更易受扩散动力学控制,涂层试样的抗氧化性能明显好于硬质合金基体试样；没有Al2O3的多层复合涂层由外及内均匀氧化,含有Al2O3子涂层样品的氧化过程主要是通过表面的热裂纹进行；致密完整的Al2O3子涂层能有效的保护多层复合涂层和硬质合金基体,并使其抗氧化性能远高于无Al2O3涂层的试样。
周陶[9]2016年在《TiAlN涂层硬质合金刀具的制备及其切削加工性能研究》文中指出金属切削工艺的快速发展对切削刀具提出了越来越高的技术要求,涂层刀具的出现则实现了传统刀具的综合改性,能有效提升加工效率与加工精度,延长刀具使用寿命,降低生产成本。因此,高性能涂层刀具的制备显得尤为重要。本文采用脉冲偏压多弧离子镀法在YT14硬质合金基体上制备TiAlN涂层硬质合金刀具。采用单因素试验法深入分析基体负偏压、脉冲偏压占空比、弧电流、氮气分压和沉积温度对TiAlN涂层厚度、表面形貌、纳米硬度以及结合强度等性能的影响规律,从而实现对制备工艺参数的优化。优化后的工艺参数组合为：基体负偏压-50V,脉冲偏压占空比50%,弧电流95A,氮气分压0.8Pa,沉积温度200℃。优化后TiAlN涂层刀具成分和性能如下：涂层成分为Ti0.52Al0.48N,厚度为3.1μm,粗糙度为0.10μm,纳米硬度为34.0GPa,弹性模量为453.7GPa,结合力为58.9N。研究了TiAlN涂层刀具的摩擦磨损特性,分析了法向载荷和摩擦速度对摩擦磨损特性的影响规律。当法向载荷逐渐增大时,磨痕宽度也逐渐增大,摩擦系数则逐渐减小；当摩擦速度逐渐增大时,磨痕宽度逐渐减小,摩擦系数则先减小后增大。摩擦磨损试验中,TiAlN涂层刀具的主要磨损形式是磨粒磨损、氧化磨损以及粘结磨损。研究了TiAlN涂层刀具连续切削40Cr淬硬钢时的切削性能。结果表明,保持f=0.1mm/r,ap=0.2mm不变,叁种不同切削速度(120m/min、180m/min、240m/min)下,TiAlN涂层刀具的切削寿命分别为未涂层YT14刀具的1.8倍、2倍和2.3倍。主要磨损形式是后刀面磨损,主要磨损机理是粘结磨损和磨粒磨损。研究了TiAlN涂层刀具连续切削奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti时的切削性能。结果表明,保持f=0.1mm/r,ap=0.2mm不变,叁种不同切削速度(120m/min、180m/min、 240m/min)下,TiAlN涂层刀具的切削寿命分别为未涂层YT14刀具的2.5倍、2.7倍和2倍。主要磨损形式是前、后刀面磨损和崩刃,主要磨损机理是粘结磨损。随着切削速度的增大,TiAlN涂层刀具的崩刃现象越来越严重。
徐银超[10]2011年在《PVD涂层硬质合金的组织性能及其刀具切削性能研究》文中提出TiAIN及其多元合金化的PVD涂层硬质合金是一类最重要的新型刀具材料,在切削加工中发挥着越来越重要的作用。本文利用阴极弧蒸发沉积技术制备了TiAIN、AlTiN和TiAlSiN叁种PVD涂层硬质合金及其刀具,采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪、纳米硬度计、显微硬度计、纳米划痕仪和高温氧化实验及切削实验研究了PVD涂层硬质合金的组织结构、力学性能、高温抗氧化性能及其刀具的切削性能,揭示了合金化元素A1及Si对TiAIN涂层的结构、硬度、涂层/基体结合强度和抗氧化性能的影响规律,分析了叁种涂层硬质合金刀具的切削失效机理。得出以下结论：1、PVD涂层硬质合金组织性能研究表明,A1含量的增加提高了TiAIN涂层的抗氧化性能；Si的加入进一步提高TiAIN涂层的硬度和抗氧化性能；叁种涂层(TiAIN、AlTiN、TiAlSiN)与硬质合金基体的结合强度依次降低。2、以WC-6%(W,Ti)C-6.5%(Ta,Nb)C-6%Co为基体,刀片型号为CNMG120408-DM的叁种PVD涂层硬质合金刀具在切削速度为160和280m/min条件下进行车削不锈钢实验,研究表明：PVD涂层硬质合金的失效过程为：首先切削刃口处涂层发生脱落,然后涂层与基体共同磨损,在切屑的粘结作用下,涂层发生进一步剥离,最后基体在粘结磨损和氧化磨损作用下快速磨损。3、TiAlN涂层塑性和与基体的结合强度最好,涂层具有较好抗粘结磨损性能,在高速和低速切削条件下都表现出良好的切削性能；TiAlSiN涂层与基体的结合强度较差,但抗氧化性较好,在低速切削条件下性能最差,在高速下优于AlTiN涂层。4、涂层的H3/E*2, Wp/Wt和CPRs等力学参数,可以定性的分析以粘结磨损为主的切削失效过程。
参考文献：
[1]. 用于钢材切削加工的Fe、Ni代Co硬质合金刀具材料的研究[D]. 毕泗庆. 四川大学. 2007
[2]. 涂层硬质合金刀具切削性能研究[D]. 刘强. 大连理工大学. 2007
[3]. 硬质合金基体表面预处理及其金刚石涂层的研究[D]. 刘沙. 中南大学. 2003
[4]. 基体对涂层硬质合金组织和性能的影响[D]. 王社权. 中南大学. 2003
[5]. TiN、TiAlN摩擦磨损特性及其涂层刀具、齿轮的性能研究[D]. 韩文强. 西南大学. 2014
[6]. 真空消失模法钢基SHS硬质涂层的制备及性能研究[D]. 程军. 北京科技大学. 2016
[7]. YG8硬质合金Ni-Cu-P化学镀层制备及钎焊性能研究[D]. 罗娟. 浙江大学. 2011
[8]. 硬质合金刀具TiN-TiCN-Al_2O_3-TiN多层复合涂层制备与组织性能研究[D]. 陈响明. 中南大学. 2012
[9]. TiAlN涂层硬质合金刀具的制备及其切削加工性能研究[D]. 周陶. 南京理工大学. 2016
[10]. PVD涂层硬质合金的组织性能及其刀具切削性能研究[D]. 徐银超. 中南大学. 2011
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