收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

复合PVD氮化物刀具涂层的制备及其性能研究

张权  
【摘要】:表面涂层可有效减少刀具的切削磨损、提升加工效率以及加工质量,已成为金属切削领域的研究重点。作为一种典型的刀具涂层,AlTiN具有良好的硬度和热稳定性,已成功在工业上获得大规模应用。然而,对生产效率的不尽追求以及难加工材料的普及应用给切削加工刀具及其表面涂层材料提出了愈来愈高的要求。刀具涂层不仅需具备高硬度和耐磨性,还要有优异的结合力和高温稳定性。纵观整个制造业的升级转型,无一不从生产技术和材料两方面来进行推动。刀具涂层的PVD制备技术有电弧离子镀和磁控溅射,它们各有优势、相互补充。而在材料设计方面,成分调制的纳米多层结构能结合不同组元的特点,且能协同提高硬质涂层的硬度和韧性,是近年来氮化物硬质涂层的研究热点。本文从纳米多层结构的设计出发,系统研究了 AlTiN/AlCrSiN涂层的结构和高温性能;然后基于电弧离子镀/磁控溅射复合沉积技术的开发,制备具有高膜基结合力和低残余应力的AlTiN基纳米多层涂层,并详细研究其高温摩擦磨损、抗氧化性能和高速干式切削性能,取得的主要研究成果如下:1)采用电弧离子镀制备具有不同调制周期的AlTiN/AlCrSiN纳米多层涂层,研究发现,当调制周期为8.3 nm时,AlTiN/AlCrSiN涂层表现最优的的力学性能,且在1000℃氧化后仅形成~0.3 μm厚的氧化层。高温摩擦磨损实验结果表明AlTiN/AlCrSiN(Λ=8.3 nm)涂层具有比单层涂层更为优异的耐磨性。在对SKD11模具钢的高速干式车削试验中,AlTiN/AlCrSiN(Λ=8.3 nm)涂层刀具的切削寿命是单层AlTiN涂层刀具的~4.5倍。2)电弧/溅射复合沉积的过程参数(如气体总压、氮气分压、溅射功率等)对AlTiN涂层的结构和性能有着显著影响。复合沉积AlTiN涂层是由电弧层和溅射层周期性堆叠而成,具有纳米多层结构。当调制周期为9.0 nm和调制比为3:1时,溅射AlTiN层在电弧AlTiN层实现外延生长,复合沉积涂层具有最高硬度值(33 GPa)和良好的韧性、结合力,其在室温和高温下均表现出比单一电弧或溅射沉积的AlTiN更好的耐磨性。3)电弧/溅射复合沉积AlTiN/AlCrN纳米多层涂层具有面心立方结构,表现为柱状晶生长形貌。当调制周期为9.3 nm时,受剪切模量差、Hall-Patch以及交变应力场等强化机制的共同作用,AlTiN/AlCrN涂层表现出最大的硬度和H/E*比值。高温氧化过程中,AlTiN/AlCrN涂层表面生成致密的(Al,Cr)203混合氧化物,抗氧化性能显著提升。优异的力学与高温抗氧化性能让复合AlTiN/AlCrN涂层具有更好的耐磨性。4)进一步对复合沉积AlTiN(H-AlTiN)涂层的高速切削性能进行研究,并与商用AlTiN涂层(B-AlTiN)进行对比。高速干式切削316L不锈钢中,相同切削距离下B-AlTiN涂层刀具的后刀面磨损宽度是H-AlTiN涂层刀具的1.7倍。其中,B-AlTiN涂层刀具的主要磨损形式为切削刃的沟槽磨损与粘结磨损、磨粒磨损、氧化磨损以及扩散磨损造成的前、后刀面磨损;而H-AlTiN涂层刀具则表现为切削刃口涂层的轻微磨损与粘结磨损、磨粒磨损、氧化磨损以及扩散磨损造成的前、后刀面磨损。车削QT600-3球墨铸铁时,B-AlTiN涂层刀具的磨损机理为前、后刀面的热疲劳裂纹扩散与磨粒磨损、氧化磨损、粘着磨损以及扩散磨损造成的前、后刀面磨损;而H-AlTiN涂层刀具则为磨粒磨损、氧化磨损、粘着磨损以及扩散磨损造成的前、后刀面磨损。H-AlTiN涂层具有更高的硬度、结合强度以及韧性,因此在316L不锈钢与QT600-3球墨铸铁高速干式切削中表现出比B-AlTiN涂层刀具更优异的抗磨损性能。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 杨小军;周慧;;PVD涂层刀具切削砂岩的磨损面积研究[J];组合机床与自动化加工技术;2017年09期
2 祝皓益;赵德宏;闫广宇;;PVD涂层刀具切削天然砂岩失效机理分析[J];机电产品开发与创新;2018年05期
3 刘彦茗;杜劲;王立国;;PVD涂层刀具及其寿命研究进展[J];工具技术;2018年01期
4 陈政文;商宏飞;徐建华;凃杰松;高志;李健;;基于切削力的PVD涂层刀具性能研究[J];工具技术;2012年10期
5 刘开源;PVD涂层刀具的切削性能研究[J];沈阳工业大学学报;1999年02期
6 戴翠丽;;PVD高性能超硬涂层刀具的应用[J];科技视界;2012年29期
7 张啸飞;陆峰;;PVD涂层刀具铣削天然砂岩的表面形貌分析[J];组合机床与自动化加工技术;2016年04期
8 本刊编辑部;;第八届高速加工国际会议暨第三届高速切削PVD涂层刀具研讨会在广州举行[J];机电工程技术;2018年12期
9 张少锋;黄拿灿;吴乃优;成晓玲;张中弦;;PVD氮化钛涂层刀具切削性能的试验研究[J];金属热处理;2006年07期
10 杜渐;;两种PVD涂层刀具[J];工具技术;1993年06期
11 谭天亚;李春梅;吴炜;郭永新;韩宇;张静;苏宇;;蒙特卡罗方法模拟PVD薄膜生长的研究进展(综述)[J];辽宁大学学报(自然科学版);2007年02期
12 信觉俗;离子对PVD法陶瓷涂层附着性的作用[J];表面技术;1994年05期
13 吴希让;;涂层刀具的性能及确定方法[J];工具技术;1993年08期
14 陶顺;杨任尔;江韬;;基于PVD隐写术的载体图像的选择研究[J];无线通信技术;2014年04期
15 雷平水,史伟民,徐菁,葛艳辉,邱永华,潘美军;多晶碘化汞膜的PVD法制备及其光电特性[J];半导体光电;2004年06期
16 谢宏;切削刀具PVD涂层技术的发展及应用[J];硬质合金;2002年01期
17 沙恒;;PVD涂层技术在我国刀具制造中的现状[J];设备管理与维修;2020年20期
18 王贵元;;巴尔查斯PVD涂层机的起弧保护方式[J];科技与企业;2015年04期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 王启民;王成勇;;难加工材料高速切削用PVD刀具涂层制备和应用技术[A];珠三角光电产业与真空科技创新论坛暨广东省真空学会2016年学术年会论文集[C];2016年
2 张东方;吴正涛;祁正兵;王周成;;镁合金表面PVD膜层制备及耐腐蚀性能研究[A];第十届全国表面工程大会暨第六届全国青年表面工程论坛论文摘要集(一)[C];2014年
3 武亮;何卫光;王伟;;采用涂层刀具 提高生产经济效益[A];第三届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会2007年年会论文(摘要)集[C];2007年
4 熊超;苏东艺;黄保祥;彭继华;;类金刚石涂层刀具现场切削性能及失效机理[A];珠三角光电产业与真空科技创新论坛暨广东省真空学会2016年学术年会论文集[C];2016年
5 李海涛;荣守范;朱永长;孙建波;王涛;杨文杰;王强;;镁合金表面PVD薄膜的制备与表征[A];2015中国铸造活动周论文集[C];2015年
6 王启民;;新型PVD刀具涂层制备和应用技术[A];2015年广东省真空学会学术年会论文集[C];2015年
7 ;硬质合金基体金刚石涂层刀具[A];广东省材料研究学会部分单位会员成果汇编[C];2005年
8 王立晟;章晓中;;PVD法在ZnO(001)薄膜上制备ZnO纳米线阵列[A];2005年全国电子显微学会议论文集[C];2005年
9 汪瑞军;王世兴;李振东;詹华;;Ni基高温合金铣刀表面PVD涂层研究现状[A];第十届全国表面工程大会暨第六届全国青年表面工程论坛论文摘要集(一)[C];2014年
10 雷平水;史伟民;郭燕明;邱永华;潘美军;;PVD法制备多晶碘化汞膜的光电特性研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
11 单英春;赫晓东;李明伟;李垚;史丽萍;;PVD薄膜生长的Monte Carlo模拟[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
12 赵海波;周彤;梁红樱;李波;;刀具涂层的分类与应用[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
13 肖连庄;夏家喜;谭绍早;;免擦水的PVD环保碳氢清洗剂与工艺[A];2012年广东省真空学会学术年会论文集[C];2012年
14 石倩;廖富达;侯惠君;林松盛;胡芳;韦春贝;李洪;苏一凡;;镁合金表面PVD铝复合防护涂层制备及性能研究[A];TFC’17全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2017年
15 黄峰;;纳米结构的PVD超级耐磨涂层[A];2014中国功能材料科技与产业高层论坛摘要集[C];2014年
16 王伟;王传忠;吴子豹;柯学标;;黄铜基体上PVD方法沉积Ni-V-Cr复合涂层[A];第七届全国表面工程学术会议暨第二届表面工程青年学术论坛论文集(一)[C];2008年
17 张世宏;;PVD多层硬质薄膜的应用研究及国际标准建设(英文)[A];第十二届海峡两岸薄膜科学与技术研讨会报告集[C];2016年
18 侯冬岩;回瑞华;唐蕊;刘晓媛;郭华;;流动注射化学发光法研究芦荟根茎叶花的抗氧化性能[A];第八届全国发光分析暨动力学分析学术研讨会论文集[C];2005年
19 黄汉乐;;PVD硬质涂层的工艺技术[A];珠三角光电产业与真空科技创新论坛暨广东省真空学会2016年学术年会论文集[C];2016年
20 朱旻昊;莫继良;;PVD涂层与纯钛配副的滑动摩擦学特性研究[A];第七届全国表面工程学术会议暨第二届表面工程青年学术论坛论文集(一)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前11条
1 张权;复合PVD氮化物刀具涂层的制备及其性能研究[D];广东工业大学;2020年
2 吴国松;镁合金表面PVD膜层的制备与腐蚀破坏[D];上海交通大学;2006年
3 肖白军;AlCrN/AITiSiN纳米多层刀具涂层的制备及其性能研究[D];广东工业大学;2019年
4 李士鹏;WS_2-WS_2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的制备及其性能研究[D];山东大学;2015年
5 张燕怡;高温超导涂层导体氧化物缓冲层的PVD法制备[D];清华大学;2013年
6 吴凤芳;PVD氮化物涂层的冲蚀磨损特性及机理的研究[D];山东大学;2011年
7 刘爱华;PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性及机理研究[D];山东大学;2012年
8 莫继良;物理气相沉积(PVD)涂层的摩擦学行为研究[D];西南交通大学;2008年
9 颜培;ZrTiN梯度涂层刀具的制备及性能研究[D];山东大学;2012年
10 曾子聪;挤压加工对糙米多酚及其抗氧化性影响的研究[D];南昌大学;2019年
11 顾璐萍;儿茶素-蛋清蛋白抗氧化性载体材料的制备、表征及其应用[D];江南大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 陈政文;PVD硬质合金涂层刀具切削和摩擦学性能研究[D];机械科学研究总院;2012年
2 张啸飞;PVD涂层刀具高速切削天然砂岩的切削特性研究[D];沈阳建筑大学;2016年
3 崔海冰;PVD氮化物涂层的抗热冲击性能研究[D];山东大学;2012年
4 黄盛东;硬密封球阀密封件PVD硬化处理与寿命试验研究[D];兰州理工大学;2020年
5 曾俊杰;PVD涂层陶瓷刀具切削灰铸铁的性能研究[D];广东工业大学;2016年
6 穆晨亮;针对绿色切削的CrCN-WS_2软硬复合涂层刀具的设计制备及切削性能研究[D];厦门大学;2019年
7 岳启斌;多元氮化物涂层的摩擦磨损特性及其涂层刀具性能研究[D];西南大学;2019年
8 何澄;AlCrSiN涂层制备及性能研究[D];上海应用技术大学;2019年
9 涂禄强;立方氮化硼涂层刀具切削性能研究[D];南京航空航天大学;2019年
10 杨杰;硬质合金金刚石涂层刀具的预处理研究[D];武汉工程大学;2018年
11 赵博;CrAlYN涂层刀具切削性能及磨损失效机理研究[D];西安理工大学;2016年
12 闫广宇;TiCN/Al_2O_3复合涂层刀具切削天然理石的磨损特性研究[D];沈阳建筑大学;2016年
13 蒋东东;P20模具钢涂层刀具匹配及切削参数优化[D];山东大学;2019年
14 涂志标;硬质合金涂层刀具高速干式切削P20性能研究[D];浙江理工大学;2018年
15 张廷杰;涂层刀具切削可锻铸铁的切削性能研究[D];广西大学;2014年
16 王立国;涂层刀具切削热传导及切削性能研究[D];齐鲁工业大学;2018年
17 卜凡宁;WC/Ni复合钎涂工艺及单面涂层刀具自锐性的研究[D];青岛科技大学;2018年
18 张葭;304钢的涂层刀具切削性能和失效机理研究[D];西安理工大学;2018年
19 黄文;涂层刀具对医用不锈钢车削加工性能的影响研究[D];广东工业大学;2018年
20 黎海旭;面向难加工材料新型AlCrN基刀具涂层的制备及性能研究[D];广东工业大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 苟爱仙;塑料抗氧化性测试国标将实施[N];中国化工报;2008年
2 通讯员 苟爱仙;石化院完成的塑料抗氧化性测试国标实施[N];中国石油报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978