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《西南交通大学》 2013年
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Ti(Cr,Al)SiC(O)N涂层及其表面改性硬质合金刀具性能研究

郑亚军  
【摘要】:钛合金具有比强度高、耐高温和耐腐蚀等一系列优异特性,广泛用于航空航天、船舶、机械和生物医学工程等领域。但是,钛合金高温强度高、热导率低、弹性模量小、化学活性高且与其它金属摩擦系数大,导致钛合金切削加工相当困难。而且干切削过程产生大量切削热,切削温度高,刀具磨损严重,导致钛合金加工效率低下,刀具寿命短。根据钛合金切削加工特点,为了提高钛合金切削刀具的寿命,本文以Ti(Cr,Al)SiC(O)N涂层硬质合金刀具为研究对象,旨在探索适合钛合金切削的新型涂层材料,为今后涂层刀具材料的设计和选择提供参考。 本文研究了利用等离子增强磁控溅射方法在硬质合金表面制备的Ti(Cr,Al)SiC(O)N涂层(TiSiCN、CrSiCN、CrAlSiCN、CrAlSiCON、TiAlSiCN、 TiAlSiCON)的力学性能及其热稳定性。通过对CrAlSiCON、TiAlSiCN、TiAlSiCON涂层和硬质合金基体在空气中进行600℃高温处理,研究了高温处理对涂层相结构、膜基结合力、硬度的影响,研究结果表明:硬质合金基体在600℃时氧化非常明显,氧化产物主要是由WC和Co氧化生成的WO3和COWO4,硬度急剧降低,而三种涂层在该温度下没有发生氧化,膜-基结合强度和硬度等性能保持不变。对TiSiCN、 CrSiCN、CrAlSiCN、CrAlSiCON、TiAlSiCN、TiAlSiCON涂层和基体在空气气氛中进行700℃高温处理,进一步研究涂层的抗氧化性、高温硬度、摩擦磨损性能,研究结果表明:基体氧化更为严重,表面出现一层约0.2mm厚的氧化层,表面硬度由45GPa降为2GPa。TiSiCN和CrSiCN涂层氧化分别生成TiO2和Cr2O3,对比TiAl基和CrAl基涂层,发现TiAl基涂层中Ti氧化生成Ti02,而CrAl基涂层中Cr元素没有被氧化,这说明CrAl基涂层中的A1元素明显提高了涂层的抗氧化性能。CrAl基涂层在700℃下仍具有较高的硬度。利用CrAlSiCN、CrAlSiCON、TiAlSiCN、TiAlSiCON涂层和Ti6A14V(Ti64)球在400℃下进行摩擦磨损试验,研究结果表明:400℃下涂层与Ti64对磨的摩擦系数高于常温下的摩擦系数,含氧涂层的摩擦系数高于不含氧涂层的摩擦系数,CrAlSiCON涂层在400℃下的耐磨性能最好。 通过铣削钛合金评价了TiSiCN、CrSiCN、CrAlSiCN、CrAlSiCON、TiAlSiCN和TiAlSiCON涂层表面改性的硬质合金(K40UF)立铣刀具的切削性能,结果表明:TiSiCN和CrSiCN涂层刀具的铣削性能最好,Cr-基涂层刀具的铣削温度高于Ti-基涂层刀具的,TiAl-基和CrAl-基涂层的铣削温度低于Ti-基和Cr-基涂层刀具,这说明Al元素的加入可以降低涂层刀具的铣削温度。所用刀具加工钛合金时形成典型的锯齿状切屑,不同涂层刀具对切屑形态没有显著影响。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TG174.4;TG711

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