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