一、多元多层复合涂层刀具切削温度的测量(论文文献综述)
范其香,林静,王铁钢[1](2022)在《刀具涂层材料的最新研究进展》文中认为随着难加工材料和绿色干切削等先进加工技术的开发与广泛应用,刀具切削环境日益严苛,刀具涂层材料不断更新换代。涂层材料已由最初的二元涂层逐渐发展成三元及多元涂层,结构由单层逐渐向多层、梯度、复合结构转变。首先总结了几种常用二元涂层的性能和特点。再以Ti基和Cr基三元及多元涂层为例,阐述了掺杂元素对涂层微观结构和性能的影响及强化机制,分析了多元涂层的研究现状和面临的难题,以及多种掺杂元素的协同作用机制。还讨论了纳米晶/非晶复合结构涂层、纳米多层涂层以及梯度涂层的结构优势及研究现状,介绍了金刚石、类金刚石和立方氮化硼三种超硬涂层以及具有低摩擦因数软涂层的特点和研究进展。最后介绍了近几年研究的热点涂层(如高熵合金涂层、含氧涂层和多元多层复合涂层)的研究现状,并对刀具涂层的未来发展方向进行了展望。
袁子尧[2](2021)在《热丝化学气相沉积金刚石/β-SiC复合多层结构涂层研究》文中研究说明金刚石具有高硬度、高弹性模量、高热导率和高耐磨性等优异物理性能,作为涂层材料,在硬质合金基体超硬涂层领域极具应用价值。然而,金刚石涂层工业化应用长期受到以下问题限制:①硬质合金中的钴粘结相(Co)扩散至涂层,催化金刚石转变为石墨降低涂层力学性能;②金刚石与硬质合金基体由于热膨胀系数的差异导致的涂层残余应力过大影响涂层力学性能;③由于以上问题造成的金刚石与硬质合金基体之间的选择性问题制约了涂层的应用领域;④金刚石涂层结构设计与力学性能之间的作用机制尚不明晰。因此,基于上述问题,结合本课题组成功制备的高性能金刚石/β-SiC复合涂层,开发出新型金刚石/β-SiC复合多层结构涂层,并对金刚石涂层开展结构优化设计、生长制备、微观结构分析、力学和切削性能探讨等方面进行深入研究。首先,研究了热丝化学气相沉积反应过程中的四甲基硅烷(TMS)通入量、沉积功率、沉积温度和沉积气压对金刚石/β-SiC复合涂层结构和性能的影响。研究结果表明,低沉积功率下(3.6 kW),TMS通入量(10 sccm~15 sccm)对于金刚石/β-SiC复合涂层的结构调控影响最为显着。进一步结合低沉积温度(≤850℃)和适合的沉积气压(5 kPa)能够实现对金刚石/β-SiC复合涂层结构的连续和可控生长,同时具有很好的结合强度。其次,利用热丝化学气相沉积技术,在WC-6%Co硬质合金基体上,设计并制备了三种传统金刚石涂层和三种新型金刚石/β-SiC复合多层结构涂层。研究表明,在六种结构的金刚石涂层中,以金刚石/β-SiC复合涂层与微米金刚石涂层作为多层结构、纳米金刚石涂层作为顶层的金刚石/β-SiC复合多层结构涂层同时表现出高的硬度(H=83.6 GPa)与弹性模量(E=856.1 GPa)、高临界载荷(Lc=52.9 N)和低裂纹扩展宽度(≤ 164 μm)等优异性能,并在切削测试中表现出最长的服役寿命(≥65 min)和最佳的加工精度(Ra≤5.77μm)。首先,涂层优异的结合强度和较低的残余应力主要源自于金刚石/β-SiC复合涂层作为界面层和支撑层的作用;其次,多层结构设计提升了涂层的裂纹扩展抗性、韧性和塑性变形抗性;最后,该涂层的高硬度与高弹性模量归因于涂层中微米金刚石涂层的高结晶质量和连续沉积,而纳米金刚石顶层保证了涂层整体具有优良的表面平整度。最后,研究了金刚石/β-SiC复合多层结构涂层在不同结构硬质合金基体上的普适性。研究表明,传统金刚石涂层对于不同硬质合金基体具有选择性,刻蚀之后不同硬质合金基体微观结构的差异和传统金刚石涂层生长特性是导致基体选择性问题的主要原因。相比之下,不同硬质合金基体上沉积的金刚石/β-SiC复合多层结构涂层的力学性能差异十分微小。在所有硬质合金基体上均得到了优异的力学性能,包括低的残余应力(-0.34 GPa~-0.45 GPa)、少的剥落面积(0.13 mm2~0.16 mm2)和高的临界载荷(51.8N~52.3N)。在金刚石/β-SiC复合结构涂层沉积过程中,由于β-SiC相的无选择性沉积导致残余孔洞被大量填补而形成了致密的界面结构。金刚石/β-SiC复合层和微米金刚石层构成的多层结构保证了涂层具有高的结合强度和力学性能。金刚石/β-SiC复合界面层对由贫钴层萌生并向上扩展的裂纹起到阻挡作用。三方面共同作用,消除不同硬质合金基体上金刚石涂层界面微观结构差异,提升了金刚石涂层的普适性。本论文将金刚石/β-SiC复合结构引入金刚石多层结构设计体系,开发出金刚石/β-SiC复合多层结构涂层,优化了金刚石涂层的结构,提升了金刚石涂层的力学性能,提高了金刚石涂层的普适性,极具工业应用价值。
朱强[3](2021)在《AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层的研制及性能研究》文中研究表明PVD涂层改性技术作为优化工业使用器械表面性能最有成效的方法之一,在实际切削加工过程中发挥着重要作用。AlTiN涂层作为一种硬质保护涂层在刀具切削领域得到广泛应用。随着机加工行业高速发展,高速高精的加工需求及难加工材料的广泛使用对刀具涂层提出了更高的要求。向AlTiN涂层中掺杂Cr、Si等元素,凭借固溶强化及细晶强化效果可有效改善涂层微观结构提高涂层力学及耐磨损性能。基于以上,本文选用电弧离子镀技术制备AlCrTiSiN多元复合涂层,系统研究了不同沉积温度、预氧化时间对所制备涂层结构及性能的影响规律;对AlCrTiSiN进行真空退火处理,研究涂层耐热性能及不同退火温度对涂层结构性能的影响规律。此外,本文进行切削实验对比了无涂层铣刀、AlTiN涂层铣刀、所制备涂层原始态及退火态切削性能。研究结果如下:涂层沉积过程中,蒸发离子运动状态与沉积温度密切相关,直接决定涂层性能。结果表明:所制备AlCrTiSiN涂层主要由面心立方结构Ti N及六方结构Al N相组成,整体沿fcc-TiN相(220)晶面择优生长。随沉积温度上升涂层衍射峰强度呈略有上升趋势;力学及耐磨损性能出现先升高后降低趋势,当沉积温度为450℃时,涂层硬度、临界载荷、摩擦系数及磨损率最佳分别为23.7 GPa,82.1 N,0.66,3.86×10-3μm3/N·μm-1。进一步探究了AlCrTiSiN涂层耐热性能并分析不同退火温度下涂层性能改变机理,对AlCrTiSiN涂层进行真空退火处理。结果表明:随退火温度升高,涂层衍射峰强度整体出现逐渐上升趋势;涂层表面趋于平整;硬度先升高后降低;涂层临界载荷有所降低;耐磨性能有所改善。此外,对AlCrTiSiN涂层进行高温摩擦实验,当温度为800℃,涂层耐磨性能明显提升,摩擦系数及磨损率均降至最低分别为0.72、1.49×10-3μm3/N·μm-1。为进一步提升AlCrTiSiN涂层抗高温氧化性能,对AlCrTiSiN涂层进行预氧化处理,制备Al Cr Ti Si ON表面防护层。结果表明:AlCrTiSiN/AlCrTiSiON涂层主要由Al2O3,Al N,(Al,Cr)2O3等相组成,沿Al2O3相(115)晶面择优生长;通氧后涂层力学及摩擦磨损性能略有下降。此外,经切削试验可知,AlCrTiSiN涂层由于结构致密,耐磨损性能优异,对硬质合金刀具基体具备良好的保护能力。AlCrTiSiN涂层刀具经退火后,晶粒尺寸有所增大,涂层保护能力下降。AlCrTiSiN涂层刀具经预氧化后,涂层力学及耐磨损性能下降,切削性能有所降低。
刘迁[4](2021)在《AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合刀具涂层的制备及性能影响》文中提出随着国家先进制造技术AMT的发展,中国制造2025国家计划迈入一个新的时代,这在很大程度上促进了高速切削、模具加工、航天航空以及各个领域中先进技术的发展。AlCrSiN虽然具有优良的力学性能,但是切削过程耐热能力差,在表层增加AlCrON涂层可以提高耐热能力,隔热效果增强,但却使涂层脆性增加,用两层韧性高的AlCrN涂层包裹AlCrON涂层来提高涂层的硬度和韧性;AlCrSiN涂层和刀具基体之间存在热膨胀系数高和应力梯度,加入AlCrN中间层可以起到应力缓冲,从而提高结合强度;基于以上,本文利用全自动电弧离子镀膜技术沉积了AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN纳米多层涂层,并且深入地研究了不同调制比和不同调制周期工艺对涂层的影响,分析了涂层的力学、摩擦学和微观结构方面的性能,然后将优化好的涂层涂覆在立铣刀具上,并和国产AlTiN涂层铣刀、进口AlCrN涂层铣刀进行了切削实验对比,研究结果如下:改变AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层中AlCrSiN、AlCrN、AlCrON和AlCrN层之间的调制比,会改变涂层组织结构,改变晶粒生长方向。结果如下:沉积的AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层具有非晶Si3N4包裹(Al,Cr)N纳米晶的复合结构;当AlCrSiN涂层与AlCrN、AlCrON和AlCrN涂层调制比为1:1时,涂层在(202)晶面择优取向,并且fcc-Cr N(110)和(220)、fcc-Al N(110)和(200)面衍射峰与标准衍射角有明显的偏离;在AlCrSiN涂层与AlCrN、AlCrON和AlCrN涂层调制比为1:1时,涂层力学性能中硬度、弹性模量和膜/基结合力达到最大值,为20.12 GPa、381.20 GPa和138.51 N;涂层力学性能中摩擦系数、磨损率均达到最小值,为0.574和0.962×10-3μm3/N·μm。改变AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层的调制周期,可以优化涂层界面质量,改变涂层综合性能。结果如下:保证AlCrSiN、AlCrN、AlCrON和AlCrN涂层调制比为3:1:1:1时,改变AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层调制周期,AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN纳米多层膜均为面心立方结构,并且具有明显的调制结构,调制界面清晰;随着调制周期的增加,涂层硬度和结合力均出现先增加后减少的趋势,当Λ=300 nm时,涂层硬度和结合力均达到最大值,为31.029 GPa和146.28 N;涂层力学性能中摩擦系数、磨损率均达到最小值,为0.592和1.04×10-3μm3/N·μm。在切削深度0.6 mm,切削宽度0.3 mm的切削条件下,国产AlTiN涂层、进口AlCrN涂层和AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层的立铣刀45#淬火钢进行切削。三种涂层刀具失效时间为35 min、47 min和66 min,AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层刀具磨损状态介于国产AlTiN涂层刀具和进口AlCrN涂层刀具磨损状态之间,AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层刀具的切削寿命比国产AlTiN涂层刀具的切削寿命长,比进口AlCrN涂层刀具的切削寿命短。
梁杨梦甜[5](2021)在《CrAlSiN纳米梯度涂层的组织结构与性能分析》文中进行了进一步梳理钛合金、高温合金等难加工材料被广泛应用于航空航天等领域。但是它们具有较低的导热系数,使刀具所受的切削力和切削温度很高,加快刀具磨损。CrAlSiN涂层具有良好的力学性能、耐磨性和抗高温氧化性,广泛应用于切削刀具中。但是Al、Si含量较高时涂层脆性大,结合力较低,易发生剥落。若采用梯度结构设计,使Al、Si含量呈梯度变化可以减小CrAlSiN涂层与刀具基体之间的差异,有望解决这一问题。本文采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和直流脉冲磁控溅射(DCMS)复合技术,改变Al靶功率,制备了四种不同Al含量的CrAlSiN纳米复合涂层,研究Al靶功率对涂层组织结构和性能的影响规律。采用DCMS和电弧离子镀(AIP)复合技术制备了三种表面不同Al、Si含量的CrAlSiN纳米梯度涂层,研究了表面Al、Si含量对纳米梯度涂层组织结构、力学性能和切削性能的影响规律,并分析梯度结构对涂层的组织结构和力学性能的影响规律,主要研究成果如下:采用不同Al靶功率制备了四种不同Al含量的CrAlSiN纳米复合涂层。研究发现:四种涂层主要相为fcc-CrN相和非晶相Si3N4。四种涂层均为(200)晶面择优取向,并具有外延生长形成的柱状晶结构。随着Al靶功率的增加,涂层的晶粒尺寸逐渐变小。但当Al靶功率达到1.2 k W时,小颗粒聚集成花菜形貌,涂层表面粗糙度增大,产生更多的孔洞。Al靶功率为0.8 k W时,涂层有最大的硬度H(26.7 GPa)、弹性模量E*(383.5 GPa)、H/E*(0.0696)、H3/E*2(0.1296)、We(55.85%)和结合力(27.8N),力学性能最好。采用靶功率线性递增的方法,改变CrAlSi靶的线性末端功率制备不同表面Al、Si含量的CrAlSiN纳米梯度涂层。研究发现:随着CrAlSi靶线性末端功率增加,涂层的主要相结构为fcc-(Cr,Al)N相,择优取向由(111)向(220)晶面转变;涂层的硬度由28.07GPa逐渐增大至30.44GPa。其中,Cr Al Si靶功率为0.6-2.8k W的涂层拥有最大的H/E*、H3/E*2和We值,分别为0.060、0.109和51.79%;维氏压痕边缘裂纹数目较少,且延伸不明显,具有最好的塑性和韧性。随着Cr Al Si靶线性末端功率的增加,三种CrAlSiN纳米梯度涂层刀具的寿命会延长。取VB=0.1mm为磨钝标准,0.6-1.2k W、0.6-2.0k W和0.6-2.8k W的涂层铣刀切削时间分别为44min、82min和95min。采用恒定的Cr Al Si靶功率制备CrAlSiN纳米复合涂层,研究发现:CrAlSiN纳米复合涂层沿(220)晶面择优生长,且hcp-Al N相少于纳米梯度涂层,因为纳米复合涂层中含有更多的Si3N4阻碍hcp-Al N的形成。CrAlSiN纳米梯度涂层的H/E*(0.058)和H3/E*2(0.099)值较高,具有较好的抗弹、塑性变形能力;同时,CrAlSiN纳米梯度涂层因为成分和结构连续变化,结合力高于CrAlSiN纳米复合涂层;CrAlSiN纳米梯度涂层在摩擦超过3000r时,摩擦系数有所增加,在一定程度上加速涂层磨损,因此与CrAlSiN纳米复合涂层相比磨损率略大。
王欣[6](2021)在《(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层的工艺优化及切削性能研究》文中指出随着制造业的飞速发展,干切削技术应用越来越普遍,但面对一些新型的难加工材料,无涂层刀具与传统涂层刀具在加工时效率低,切削寿命短,无法满足越来越苛刻的加工条件,新型高性能涂层刀具的研发迫在眉睫。以Cr N/AlN为代表的纳米多层涂层,因具有硬度和弹性模量异常升高的超硬效应而成为研究热点。但受制于调制周期对纳米多层涂层超硬效应的影响,Cr N/AlN涂层中AlN层的厚度只有小于Cr N厚度时涂层才能具有高硬度,这限制了涂层中的Al含量,而Al含量越高,越容易在涂层表面生成连续致密的氧化膜,提高涂层的抗高温氧化性能。针对上述问题,本文提出在Cr N/AlN纳米多层涂层的Cr N调制层加入Al元素,并保持原有的面心立方结构,AlN调制层则沿fcc-(Cr,Al)N相外延生长,形成fcc-(Cr,Al)N和fcc-AlN共格生长的纳米多层结构。本文首先采用直流磁控溅射与电弧离子镀共沉积技术制备Cr N/AlN纳米多层涂层,系统研究了Al含量对其性能的影响。随后制备出(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层,研究不同基体偏压对其性能的影响。最后选用最优偏压制备出Cr N涂层、Cr N/AlN纳米多层涂层以及(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层铣刀,对比这三种涂层铣刀与无涂层铣刀的切削性能,分析刀具的失效机理。具体研究结果如下:1.采用磁控溅射和电弧离子镀共沉积技术,通过改变Al靶功率制备出3种不同Al含量的Cr N/AlN纳米多层涂层,研究发现随着Al靶功率增加,涂层中Al含量增加,主要相由fcc-(Cr,Al)N转变为hcp-AlN,涂层硬度逐渐降低。Al靶功率为2.2kw时,涂层具有最大的硬度H(30.2GPa)、弹性模量E*(494.3GPa)、H/E*(0.063)、H3/E*2(0.120),力学性能最好。并且涂覆该涂层的车刀切削寿命与无涂层车刀相比延长了2倍左右。2.研究了基体偏压对(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层组织结构和性能的影响。发现在-40V、-80V、-120V、-160V偏压下制备的(Cr,Al)N/AlN涂层相结构均表现为Na Cl型立方结构,-200V偏压下涂层则表现为双相混合的立方-纤锌矿结构。5种涂层中fcc-(Cr,Al)N相的择优取向均为(111)晶面。随着基体负偏压增加,(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层的硬度与弹性模量大致呈先上升后下降的趋势。偏压为-160V时,涂层具有最高的H(33.1GPa)、E*(548GPa),和最优的抗摩擦磨损性能,磨损率为1.5×10-6mm3/(N×m)。3.采用干切削方式,对比研究无涂层铣刀、Cr N涂层铣刀、Cr N/AlN纳米多层涂层铣刀与(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层铣刀的切削性能。(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层铣刀切削200min后才达到磨钝标准,切削寿命分别是无涂层铣刀的5.4倍,Cr N涂层铣刀的4.2倍,Cr N/AlN纳米多层涂层铣刀的2.3倍。(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层铣刀切削性能最好,经EDS和扫描电镜分析,其磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损、微崩刃以及涂层剥落。
张权[7](2020)在《复合PVD氮化物刀具涂层的制备及其性能研究》文中研究说明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着影响。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,抗氧化性能显着提升。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。
高营[8](2020)在《高强韧AlCrSiN刀具涂层的梯度多层结构设计与性能研究》文中进行了进一步梳理AlCrN涂层已广泛应用于硬质合金刀具与高速钢刀具的切削加工过程,在AlCrN涂层中添加Si元素可进一步提高涂层的硬度、耐磨性及高温稳定性等性能。本文在AlCrN涂层基础上,利用带有高能离子源清洗的多弧离子镀设备在M42高速钢基体与直柄立式铣刀上制备多系列AlCrSiN涂层。研究涂层制备参数(靶材弧电流和沉积压强)、循环多层结构以及涂层内含Si层梯度渐变结构对AlCrSiN涂层的结构和性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱仪(XPS)分析涂层的化学成分和微观结构;利用纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损仪及数控加工中心研究涂层的力学性能、摩擦磨损性能以及切削性能。结果如下:(1)通过优化AlCrSiN涂层制备过程中的靶材弧电流(60A、80A、100A、130A)与沉积压强(2.0Pa、2.5Pa、3.0Pa、3.5Pa、4.0Pa),能够提高涂层与基体材料的结合强度,调控涂层的化学成分并释放一定的涂层内应力。当AlCrSi靶材弧电流为80A、沉积压强为3.5Pa时,制备出的AlCrSiN涂层的结合强度、力学性能等均较好。该涂层中的Si含量为3.5at.%,表面粗糙度为101nm,膜-基结合强度为HF1级,结合力Lc2值为60.4N,涂层内应力为-5.3GPa,涂层硬度为32.5GPa,韧性表征值H/E与H3/E*2分别为0.096和0.26GPa,涂层的摩擦系数为0.6,磨损率为5.5×10-16m3/(N·m),M42高速钢涂层刀具的铣削寿命为4.7m。(2)在AlCrSiN多层涂层内引入循环结构(循环周期分别为1、2、4)可有效减少涂层塑性变形的发生,阻碍裂纹的扩展,提高涂层韧性。当多层涂层循环周期为2时,AlCrSiN涂层的表面粗糙度为205nm,结合力Lc2值提升至62.7N,硬度最高为30.2GPa,韧性表征值H/E与H3/E*2值分别增加至0.099和0.26GPa,涂层的摩擦系数降低至0.5,磨损率降低至4.2×10-16m3/(N·m),M42高速钢涂层刀具的铣削寿命提升至7.3m。(3)在多层涂层内设计并引入Si含量梯度结构,能够有效地梯度细化涂层的晶粒尺寸,提高涂层与基材的结合强度,提升涂层韧性。在最缓和Si含量梯度结构的AlCrSiN多层涂层中,由粘接层到工作层涂层晶粒尺寸由70~100nm梯度降低至10nm,涂层结合强度为HF1级,涂层硬度提升至33.1GPa,韧性表征值H/E与H3/E*2值分别为0.1和0.35GPa,涂层的磨损率降低至0.9×10-16m3/(N·m),M42高速钢涂层刀具的铣削寿命高达14.0m。(4)AlCrSiN刀具涂层的摩擦磨损源于磨粒磨损、粘着磨损以及氧化磨损的共同作用。在涂层磨痕中可清晰观察到犁沟或划痕、粘着斑点以及磨屑的存在,EDS检测结果显示在磨痕中有大量O元素存在。通过优化AlCrSiN涂层的制备参数、引入循环多层结构以及在涂层内设计Si含量梯度结构可改善涂层结构,能够有效地降低涂层内应力,提升涂层与基材的结合强度,提高多层涂层的硬度、韧性、耐磨性等性能,增加涂层刀具的切削寿命。梯度结构设计能够比循环层设计发挥更有效的作用,这是因为梯度涂层中化学成分的梯度过渡能够有效的降低涂层的内应力,提高涂层与基体材料的结合强度,增加氮化物涂层的韧性并进一步提升涂层的刀具涂层的耐磨性。
查旭明[9](2020)在《双层与纳米多层结构TiSiN/TiAlN涂层的力学及切削性能研究》文中认为随着难加工材料在高端装备中广泛应用,先进制造业对切削刀具的性能提出了更高要求,而涂层技术则可以有效提升刀具整体性能。纳米多层涂层因其优异性能而广泛应用于难加工材料的切削加工中,然而,在实际生产中,发现纳米多层涂层的切削性能存在一定的局限性,不同结构涂层在不同的切削工况下表现出各自的优劣性;而在机理研究中,刀具涂层的性能评价指标及失效机理还不完善,针对“涂层自身、涂层/基体系统、涂层刀具切削性能”三者的研究相对比较脱节,欠缺综合协同的机理研究。因此,提出与切削加工性能密切相关的涂层力学性能表征评价方法,成为发展先进涂层刀具技术领域中的关键点。本文通过研究“微米尺度”的双层TiSiN/TiAlN涂层和“纳米尺度”的多层TiSiN/TiAlN纳米涂层在准静态载荷与动态循环冲击载荷作用下的力学性能及其表界面失效机理,以及其在不同工况下的切削加工性能,逐步揭示了“涂层自身—涂层/基体系统—涂层刀具切削性能”的相互作用机制,进而构建涂层力学性能与其加工性能之间的关联性,以期指导优选出不同结构涂层所适应的切削工况。获得的主要研究成果如下:(1)制备双层TiSiN/TiAl N涂层和多层TiSiN/TiAlN纳米涂层,研究了涂层的抗高温氧化性能与抗热疲劳冲击性能。发现双层涂层与多层纳米涂层的氧化温度分别约为600℃和800℃;在较高次脉冲的热疲劳冲击下双层涂层发生剥落失效,而多层纳米涂层则未剥落,表明多层纳米涂层具备更优异的热学性能。(2)研究了涂层在准静态压痕和划痕作用下的力学性能及失效机理,同时结合数值仿真,构建了涂层内部应力分布模型,分析了其在压痕作用下的三维裂纹扩展机理。结果表明,在压痕中测得双层涂层与多层纳米涂层的硬度分别约为33.2GPa和36.8GPa,并发现多层纳米涂层内的多重界面可起到提高硬度、利于应力释放以及抑制裂纹扩展等作用,因此使其具备更好的抵抗变形失效、应力集中以及裂纹萌生扩展的能力;在划痕中测得双层涂层和多层纳米涂层与金刚石的摩擦系数分别约为0.135和0.104,且多层纳米涂层的内聚力与结合力失效临界载荷分别约为55.518N和114.241N,均高于双层涂层的失效临界载荷,因此表明多层纳米涂层具备更优异的摩擦性能与界面结合性能。(3)根据涂层刀具实际切削工况提出新的涂层动态冲击力学性能测试方法和评价指标,研究了涂层在低频(0.25Hz)、高频(20Hz)、超高频(20kHz)三个频率梯度下的动态循环冲击力学性能与疲劳失效机理。结果表明,多层纳米涂层在低频和高频的循环冲击作用下表现更好的抵抗疲劳断裂能力;但在超高频循环冲击作用下,发现多层纳米涂层在较小冲击力工况下只产生少量裂纹以及具备优异的抗疲劳性能,而在较大冲击力的工况下则发生更严重的剥落失效,表现出较差的抗疲劳性能;此外,对比在准静态与动态冲击作用下的亚表面裂纹扩展,发现涂层在动态载荷下更容易产生严重的裂纹扩展、界面分层、断裂失效等损伤,导致涂层从基体上剥落分离。(4)研究了涂层刀具的切削性能与磨损机理,建立了涂层的力学性能与不同工况下切削性能的关联性。结果表明,铣削钛合金时(断续加工),涂层由于刀具往复切入工件的作用会受到高频循环冲击,其频率约为10–300Hz。涂层刀具的失效形式为涂层发生了磨损、崩碎失效,从而基体失去保护,继而产生月牙洼磨损以及崩刃。此外,多层纳米涂层刀具在不同每齿进给量下都表现出更好的铣削加工性能,这也与涂层在高频循环冲击试验中所表现的抗高频疲劳性能相一致;车削钛合金时(连续加工),由于锯齿状切屑的产生会导致切削力不稳定振动和刀具应力周期性变化,其频率约为10–35kHz,因此涂层会受到超高频循环冲击。涂层刀具的失效形式为涂层发生磨损、崩碎失效,且发现多层纳米涂层刀具在较小进给量下表现出更好的车削加工性能,但在较大进给量下则表现出较差的车削加工性能,这也与涂层在超高频循环冲击试验中所表现的抗超高频疲劳性能相一致。
蒙德强[10](2020)在《AlCrSiN基自润滑刀具涂层的结构和性能研究》文中研究指明随着现代高性能材料制备技术的飞速发展,各种难加工材料零部件的使用数量日益增多,尤其是高速切削、高效加工、干切削等先进加工工艺的出现,对刀具切削性能不断提出更高要求,在刀具表面涂覆硬质耐磨涂层是提升其使用寿命和加工效率的一种有效方法。目前,刀具行业中广泛应用的AlCrSiN涂层具有良好的力学性能,如硬度高、弹性模量大、韧性好、膜基结合力强,但该涂层摩擦系数大,加工过程产生大量切削热,导致刀具磨损严重,加工质量降低。若掺杂第六副族Mo元素于AlCrSiN涂层,在摩擦过程中Mo元素常被氧化成低剪切模量的层状MoO3,层间易发生剪切滑移可赋予涂层良好的润滑功能,有望改善涂层的摩擦磨损性能;同时,若Mo原子固溶到(Al,Cr)N晶格中,还可引起晶格畸变来实现强化,进一步提升涂层性能。鉴于以上,本文采用复合磁控溅射技术研制AlCrSiN/Mo自润滑涂层,系统研究了CrMo靶溅射功率、沉积压强等工艺参数对涂层的组织结构、力学性能及摩擦学性能的影响;再经真空热处理进一步强化涂层,并评价其耐热能力。依据上述研究,在硬质合金立铣刀表面分别制备沉积态和退火态AlCrSiN/Mo涂层,并与AlTiN涂层铣刀、Balzers G6涂层铣刀对比切削性能。具体研究工作如下:通过调节CrMo靶溅射功率来改变溅射粒子的数量和动能,实现涂层成分和微观组织结构调控。研究发现AlCrSiN/Mo涂层组织由立方fcc-(Al,Cr)N相和c-Mo2N相组成。随着CrMo靶溅射功率增加,涂层择优取向逐渐由(200)向(111)晶面转变,表面形貌呈现三棱锥结构,对应柱状晶尺寸不断变大;摩擦系数逐渐降低至0.56;临界载荷均高于150 N。当CrMo靶溅射功率为0.6 kW时,AlCrSiN/Mo涂层的力学性能和摩擦学性能均最优,特征值H/E与H3/E*2最高,硬度约16.8 GPa,磨损率达1.62×10-3μm3/N·μm。镀膜室内沉积压强可以改变溅射粒子的平均自由程,从而影响涂层成分、组织结构和性能。在不同沉积压强下制备的AlCrSiN/Mo涂层组织均由fcc-(Al,Cr)N相和c-Mo2N相组成,且晶粒细小呈纤维状。随着沉积压强的不断增加,涂层表面颗粒团簇增大并具有明显晶体学特征;涂层沉积速率逐渐降低;临界载荷由65.6 N逐渐增加到81.9 N。当沉积压强为1.6 Pa时,涂层硬度、弹性模量及特征值H/E与H3/E*2均最高,减摩耐磨性能好。为进一步提高AlCrSiN/Mo涂层中晶体含量,促进涂层结晶和晶粒生长,对沉积态涂层进行真空热处理可实现涂层强化。与沉积态涂层相比,热处理后涂层(200)晶面衍射峰明显增强;内应力明显增加;摩擦学性能得到显着改善。随着退火温度升高,涂层中fcc-(Al,Cr)N相逐渐分解成hcp-AlN与hcp-Cr2N。经优化最佳真空热处理温度为800℃。利用最优工艺在立铣刀表面分别制备沉积态和退火态AlCrSiN/Mo涂层,与AlTiN涂层铣刀和BalzersG6涂层铣刀进行切削性能对比。研究发现连续干切削淬火钢(>55 HRC)后,AlCrSiN/Mo沉积态涂层铣刀的切削温度最低,约为575.3℃,使用寿命较长,约44 min,对应切屑完整性最好,表面加工质量最优。
二、多元多层复合涂层刀具切削温度的测量(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、多元多层复合涂层刀具切削温度的测量(论文提纲范文)
(1)刀具涂层材料的最新研究进展(论文提纲范文)
1 涂层材料 |
2 涂层组元分类 |
2.1 二元涂层 |
2.2 三元涂层 |
2.3 四元及多元涂层 |
3 涂层结构分类 |
3.1 单层涂层 |
3.2 多层涂层 |
3.3 纳米复合涂层 |
3.4 梯度涂层 |
4 超硬涂层 |
4.1 金刚石涂层 |
4.2 类金刚石涂层 |
4.3 立方氮化硼涂层 |
5 软涂层 |
6 新型硬质涂层 |
6.1 高熵合金涂层 |
6.2 含氧涂层 |
6.3 多元多层复合涂层 |
7 结语与展望 |
(2)热丝化学气相沉积金刚石/β-SiC复合多层结构涂层研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 金刚石涂层 |
1.2.1 金刚石涂层结构与性质 |
1.2.2 金刚石涂层制备技术 |
1.2.3 热丝化学气相沉积制备技术 |
1.3 金刚石涂层在力学领域研究发展现状 |
1.3.1 基体材料的表面预处理技术 |
1.3.2 金刚石涂层结构设计和沉积工艺 |
1.4 金刚石/β-SiC复合涂层 |
1.4.1 金刚石/β-SiC涂层制备的基础理论 |
1.4.2 金刚石/β-SiC复合涂层研究进展 |
1.5 本文选题目的、意义和内容 |
第2章 实验材料和方法 |
2.1 基体材料与预处理 |
2.1.1 基体材料的选择 |
2.1.2 硬质合金基体的预处理 |
2.2 实验设备与仪器 |
2.2.1 涂层制备设备与实验方法 |
2.2.2 金刚石涂层结构表征仪器 |
2.2.3 金刚石涂层性能测试设备 |
第3章 金刚石/β-SiC复合涂层结构调控及结合强度研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 金刚石/β-SiC两相结构特性 |
3.2.2 金刚石/β-SiC复合涂层制备参数设计 |
3.3 实验结果与分析 |
3.3.1 TMS通入量对金刚石/β-SiC复合涂层两相结构的影响 |
3.3.2 沉积温度对金刚石/β-SiC复合涂层两相结构的影响 |
3.3.3 沉积气压对金刚石/β-SiC复合涂层两相结构的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层制备及其力学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验设计 |
4.2.1 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层设计 |
4.2.2 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层制备 |
4.3 实验结果与分析 |
4.3.1 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层微观结构观察 |
4.3.2 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层物相组成表征 |
4.3.3 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层结合强度评价 |
4.3.4 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层纳米力学性能表征 |
4.3.5 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层刀具切削性能测试 |
4.3.6 金刚石/β-SiC复合多层微观结构对力学性能影响讨论 |
4.4 本章小结 |
第5章 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层的普适性研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 不同硬质合金基体结构特性 |
5.2.2 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层设计与制备 |
5.3 实验结果与分析 |
5.3.1 不同硬质合金基体上不同结构金刚石涂层微观结构分析 |
5.3.2 不同硬质合金基体上不同金刚石涂层结晶质量及残余应力表征 |
5.3.3 不同硬质合金基体上不同金刚石涂层结合强度评价 |
5.3.4 硬质合金基体与金刚石涂层选择性问题形成机理研究 |
5.3.5 界面微观结构提升金刚石/β-SiC复合多层涂层普适性影响机制 |
5.4 本章小结 |
第6章 全文总结与展望 |
6.1 论文的主要结论 |
6.2 论文的主要创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间发表的论文与取得的其他研究成果 |
作者简介 |
(3)AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层的研制及性能研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 硬质涂层制备技术 |
1.2.1 化学气相沉积技术 |
1.2.2 物理气相沉积技术 |
1.2.3 电弧离子镀技术 |
1.3 刀具涂层发展历程 |
1.3.1 二元涂层 |
1.3.2 三元涂层 |
1.3.3 纳米复合涂层 |
1.3.4 多层复合涂层 |
1.3.5 高熵合金涂层 |
1.4 本课题研究内容及目的 |
1.4.1 研究目的 |
1.4.2 研究内容 |
第2章 涂层制备及性能测试方法 |
2.1 涂层制备 |
2.1.1 电弧离子镀膜设备 |
2.1.2 实验材料 |
2.1.3 靶材与气体 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 技术路线 |
2.2.2 工艺步骤 |
2.3 涂层结构和性能表征 |
2.3.1 膜厚测试 |
2.3.2 微观结构及成分分析 |
2.3.3 涂层硬度与弹性模量测试 |
2.3.4 膜/基结合强度 |
2.3.5 摩擦系数测试 |
2.3.6 磨损率及磨痕形貌测试 |
2.4 真空退火实验 |
2.5 切削实验 |
2.5.1 切削条件及方案 |
2.5.2 切削结果测试 |
第3章 沉积温度对Al Cr Ti Si N涂层性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 涂层制备 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 物相分析 |
3.3.2 涂层微观结构 |
3.3.3 硬度 |
3.3.4 临界载荷 |
3.3.5 摩擦系数 |
3.3.6 磨损率 |
3.3.7 磨损机理 |
3.4 本章小结 |
第4章 真空退火温度对电弧离子镀Al Cr Ti Si N涂层性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 实验材料与方法 |
4.2.1 实验材料与退火实验 |
4.2.2 结构表征及性能测试 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 物相分析 |
4.3.2 差示扫描量热分析 |
4.3.3 微观结构 |
4.4 力学性能 |
4.4.1 硬度 |
4.4.2 临界载荷 |
4.5 摩擦学性能 |
4.5.1 摩擦系数 |
4.5.2 磨损率 |
4.5.3 磨痕形貌 |
4.6 高温摩擦磨损性能 |
4.6.1 摩擦系数 |
4.6.2 磨损率 |
4.6.3 磨痕形貌 |
4.7 本章小结 |
第5章 不同氧化层厚度对涂层性能的影响 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法与表征 |
5.2.1 涂层制备 |
5.2.2 成分及微观结构 |
5.2.3 性能表征 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.3.1 沉积速率 |
5.3.2 微观形貌 |
5.3.3 物相分析 |
5.4 力学性能 |
5.4.1 硬度 |
5.4.2 临界载荷 |
5.5 摩擦学性能 |
5.5.1 摩擦系数 |
5.5.2 磨损率 |
5.5.3 磨痕形貌 |
5.6 切削实验结果与讨论 |
5.6.1 磨损形貌 |
5.6.2 切削温度 |
5.6.3 切削寿命 |
5.6.4 失效机理 |
5.6.5 切屑分析 |
5.7 结论 |
第6章 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
申请硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
(4)AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合刀具涂层的制备及性能影响(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的背景及意义 |
1.2 刀具涂层的发展和现状 |
1.2.1 硬质涂层 |
1.2.2 超硬涂层 |
1.3 刀具涂层的制备技术 |
1.3.1 物理气相沉积 |
1.3.2 化学气相沉积 |
1.3.3 物理化学气相沉积 |
1.4 电弧离子镀 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 实验与性能测试方法 |
2.1 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层技术路线 |
2.2 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层的制备 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 靶材与气体 |
2.2.3 电弧离子镀设备 |
2.2.4 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN制备工艺 |
2.3 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN微观性能的分析 |
2.4 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN力学性能的分析 |
2.4.1 临界载荷 |
2.4.2 硬度和弹性模量 |
2.5 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN摩擦学性能的分析 |
2.5.1 摩擦系数 |
2.5.2 磨损率 |
2.5.3 磨痕形貌 |
2.6 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层切削性能的分析 |
2.6.1 切削条件 |
2.6.2 切削参数 |
2.7 本章小结 |
第3章 调制比对AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层结构和性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层工艺参数 |
3.3 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层微观结构分析 |
3.3.1 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层XRD |
3.3.2 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层的沉积速率 |
3.4 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层力学性能分析 |
3.4.1 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层硬度与弹性模量 |
3.4.2 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层临界载荷 |
3.5 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层摩擦学性能分析 |
3.5.1 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层磨痕形貌 |
3.5.2 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层摩擦系数 |
3.5.3 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层磨损率 |
3.6 本章小结 |
第4章 调制周期对AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层结构和性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层沉积工艺参数 |
4.3 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层微观结构分析 |
4.3.1 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层XRD |
4.3.2 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层表面和截面形貌 |
4.3.3 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层化学成分 |
4.4 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层力学性能分析 |
4.4.1 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层厚度 |
4.4.2 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层硬度和结合力 |
4.5 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层摩擦学性能分析 |
4.5.1 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层摩擦系数 |
4.5.2 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层磨损率 |
4.5.3 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层磨痕形貌 |
4.6 本章小结 |
第5章 AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN涂层刀具的切削性能 |
5.1 引言 |
5.2 刀具涂层制备 |
5.3 切削磨损形貌 |
5.4 切削磨损量 |
5.5 切削温度 |
5.6 本章小结 |
第6章 全文总结与工作展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
申请硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
(5)CrAlSiN纳米梯度涂层的组织结构与性能分析(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 涂层的发展历程 |
1.2.1 涂层成分的发展 |
1.2.2 涂层结构的发展 |
1.3 涂层制备技术 |
1.3.1 化学气相沉积 |
1.3.2 物理气相沉积 |
1.4 CrAlSiN纳米梯度涂层的研究 |
1.5 主要研究内容 |
第2章 实验方法 |
2.1 涂层制备 |
2.1.1 实验材料与镀膜设备 |
2.1.2 实验样品预处理 |
2.1.3 涂层制备工艺 |
2.2 涂层性能表征 |
2.2.1 组织结构表征 |
2.2.2 力学性能表征 |
2.2.3 摩擦磨损性能表征 |
2.2.4 切削性能表征 |
第3章 CrAlSiN纳米复合涂层的组织结构与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 涂层制备与性能表征 |
3.3 组织结构与形貌 |
3.3.1 化学组成与相结构 |
3.3.2 涂层表面形貌 |
3.4 涂层力学性能 |
3.4.1 涂层硬度 |
3.4.2 涂层结合力 |
3.5 本章小结 |
第4章 涂层表面Al、Si含量对CrAlSiN纳米梯度涂层结构与性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 涂层制备 |
4.3 组织结构与形貌 |
4.3.1 涂层相结构 |
4.3.2 涂层表面和截面形貌 |
4.3.3 涂层沉积速率 |
4.4 涂层力学性能 |
4.4.1 涂层硬度和残余应力 |
4.4.2 涂层结合力 |
4.5 涂层摩擦磨损性能 |
4.5.1 涂层摩擦系数曲线 |
4.5.2 涂层磨损率 |
4.6 涂层刀具切削性能 |
4.7 本章小结 |
第5章 梯度结构对CrAlSiN纳米涂层结构和性能的影响 |
5.1 引言 |
5.2 涂层制备 |
5.3 组织结构与形貌 |
5.3.1 涂层相结构 |
5.3.2 涂层表面和截面形貌 |
5.3.3 涂层沉积速率 |
5.4 涂层力学性能 |
5.4.1 涂层硬度和残余应力 |
5.4.2 涂层结合力 |
5.5 涂层摩擦磨损性能 |
5.5.1 涂层摩擦系数曲线 |
5.5.2 涂层磨损率 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
(6)(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层的工艺优化及切削性能研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 涂层的制备技术 |
1.2.1 物理气相沉积(PVD) |
1.2.2 化学气相沉积(CVD) |
1.2.3 等离子化学气相沉积(PCVD) |
1.2.4 溶胶-凝胶法 |
1.3 涂层的分类与发展 |
1.3.1 单层涂层 |
1.3.2 多层涂层 |
1.3.3 梯度涂层 |
1.3.4 纳米复合涂层 |
1.3.5 纳米多层涂层 |
1.4 纳米多层涂层的致硬机理 |
1.4.1 Hall-Petch细晶强化理论 |
1.4.2 共格应变(交变应力场)理论 |
1.4.3 模量差理论 |
1.5 本课题研究内容 |
第2章 涂层的制备与检测 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 基体材料 |
2.1.2 靶材与气体 |
2.2 涂层制备 |
2.2.1 技术路线 |
2.2.2 实验设备 |
2.2.3 实验步骤 |
2.3 涂层的检测 |
2.3.1 组织结构 |
2.3.2 力学性能的检测 |
2.3.3 摩擦性能的检测 |
2.4 涂层刀具切削性能测试 |
2.4.1 刀具磨损量 |
2.4.2 切削温度 |
2.4.3 切削力 |
第3章 Al功率对Cr N/AlN纳米多层涂层的微观结构和性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 涂层制备 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 涂层组织结构 |
3.3.2 涂层表面与截面形貌 |
3.3.3 力学性能 |
3.4 摩擦性能 |
3.5 切削性能 |
3.5.1 刀具切削寿命与切削温度 |
3.5.2 刀具磨痕形貌 |
3.6 本章小结 |
第4章 偏压对(Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层微观结构和性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 涂层制备 |
4.3 组织结构与形貌 |
4.3.1 化学组成与相结构 |
4.3.2 涂层成分 |
4.3.3 涂层表面形貌 |
4.3.4 涂层截面形貌 |
4.4 力学性能 |
4.4.1 涂层硬度 |
4.4.2 涂层的H/E*、H~3/E*~2与We值 |
4.4.3 涂层的残余应力 |
4.4.4 涂层的结合力 |
4.5 摩擦性能 |
4.5.1 涂层的摩擦系数 |
4.5.2 涂层的磨损率 |
4.5.3 涂层的磨痕形貌 |
4.6 本章小结 |
第5章 (Cr,Al)N/AlN 纳米多层涂层铣削性能测试 |
5.1 引言 |
5.2 涂层刀具的制备与切削实验 |
5.3 组织结构 |
5.4 力学性能 |
5.5 切削实验 |
5.5.1 切削寿命 |
5.5.2 切削温度 |
5.5.3 切削力 |
5.5.4 切削形貌与磨损机理 |
5.6 本章小结 |
第6章 全文总结与工作展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
(7)复合PVD氮化物刀具涂层的制备及其性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 纳米多层硬质涂层的研究现状 |
1.3 物理气相沉积技术 |
1.3.1 电弧离子镀 |
1.3.2 磁控溅射 |
1.3.3 复合沉积技术 |
1.4 难加工材料的切削研究 |
1.4.1 高硬度模具钢 |
1.4.2 奥氏体不锈钢 |
1.4.3 球墨铸铁 |
1.5 研究内容 |
第二章 涂层制备与表征技术 |
2.1 涂层设备与沉积过程 |
2.1.1 涂层设备与靶材 |
2.1.2 基体的前处理 |
2.1.3 涂层沉积过程 |
2.2 涂层及涂层刀具性能测试方法 |
2.2.1 化学成分 |
2.2.2 生长形貌与表面状态 |
2.2.3 微观结构 |
2.2.4 力学性能 |
2.2.5 结合力 |
2.2.6 涂层应力测试 |
2.2.7 摩擦磨损性能 |
2.2.8 高温抗氧化性 |
2.2.9 车削性能评价 |
第三章 AlTiN/AlCrSiN涂层的结构和性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 涂层的制备 |
3.3 涂层的微观结构 |
3.4 涂层的力学性能 |
3.5 高温摩擦磨损性能 |
3.6 高温抗氧化性能 |
3.7 车削测试 |
3.8 本章小结 |
第四章 AlTiN涂层的复合沉积及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 总气压的影响 |
4.3 氮气分压的作用 |
4.4 调制周期的作用 |
4.5 磁控溅射功率的影响 |
4.6 本章小结 |
第五章 AlTiN/AlCrN涂层的复合沉积和性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 涂层的结构和力学性能 |
5.3 涂层的抗氧化性能 |
5.4 涂层的摩擦磨损性能 |
5.5 本章小结 |
第六章 复合沉积AlTiN涂层的切削性能 |
6.1 引言 |
6.2 不锈钢的车削 |
6.3 球墨铸铁的车削 |
6.4 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得与学位论文相关的成果 |
致谢 |
(8)高强韧AlCrSiN刀具涂层的梯度多层结构设计与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
引言 |
第一章 绪论 |
1.1 刀具涂层技术的发展与研究现状 |
1.1.1 刀具涂层制备工艺 |
1.1.2 刀具涂层材料 |
1.1.3 刀具涂层结构 |
1.2 涂层刀具的切削性能及磨损机理 |
1.2.1 涂层刀具的切削性能 |
1.2.2 涂层刀具的磨损机理 |
1.3 本文的研究内容和意义 |
第二章 涂层制备及表征 |
2.1 基材预处理及涂层制备 |
2.1.1 基材预处理 |
2.1.2 涂层制备 |
2.2 涂层表征 |
2.2.1 涂层的形貌分析 |
2.2.2 涂层的化学成分分析 |
2.2.3 涂层的相结构及微观结构分析 |
2.2.4 涂层的结合强度分析 |
2.2.5 涂层的力学性能分析 |
2.2.6 涂层的摩擦磨损性能分析 |
2.2.7 涂层的切削性能分析 |
第三章 制备参数对AlCrSiN涂层结构与性能的影响 |
3.1 靶材弧电流对AlCrSiN涂层结构与性能的影响 |
3.1.1 涂层的化学成分 |
3.1.2 涂层的表面形貌 |
3.1.3 涂层的力学性能 |
3.1.4 涂层的摩擦磨损性能 |
3.1.5 涂层刀具的切削性能 |
3.2 沉积压强对AlCrSiN涂层性能的影响 |
3.2.1 涂层的表面形貌 |
3.2.2 涂层的力学性能 |
3.2.3 涂层的摩擦磨损性能 |
3.2.4 涂层刀具的切削性能 |
3.3 本章小结 |
第四章 循环多层结构对AlCrN/AlCrSiN涂层结构及切削性能的影响 |
4.1 涂层的形貌 |
4.1.1 涂层的表面形貌 |
4.1.2 涂层的截面形貌 |
4.2 涂层的相结构 |
4.3 涂层的力学性能 |
4.3.1 结合强度 |
4.3.2 硬度及韧性 |
4.4 涂层的摩擦磨损性能 |
4.4.1 摩擦系数及磨损量 |
4.4.2 磨痕形貌及磨损机理 |
4.5 涂层刀具的切削性能 |
4.5.1 涂层刀具的切削寿命 |
4.5.2 涂层刀具的形貌及磨损机理 |
4.6 本章小结 |
第五章 含Si层梯度结构对AlCrSiN涂层结构及切削性能的影响 |
5.1 涂层的截面形貌 |
5.2 涂层的微观结构 |
5.3 涂层的力学性能 |
5.3.1 结合强度 |
5.3.2 硬度及韧性 |
5.4 涂层的摩擦磨损性能 |
5.4.1 摩擦系数 |
5.4.2 磨痕形貌及磨损机理 |
5.5 涂层刀具的切削性能 |
5.5.1 切削寿命 |
5.5.2 后刀面形貌及磨损机理 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
(9)双层与纳米多层结构TiSiN/TiAlN涂层的力学及切削性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 刀具涂层的发展趋势 |
1.2.1 刀具涂层的沉积技术 |
1.2.2 涂层元素及材料的发展演变 |
1.2.3 涂层结构体系的发展演变 |
1.3 刀具涂层力学性能表征与其切削性能的关联性研究 |
1.3.1 涂层的静态力学性能表征 |
1.3.2 涂层的动态疲劳性能表征 |
1.3.3 涂层力学性能与切削加工性能的内在联系 |
1.4 存在问题、研究思路和主要研究内容 |
1.4.1 存在问题 |
1.4.2 研究思路 |
1.4.3 论文组成部分及主要研究内容 |
第2章 涂层刀具的制备与结构分析 |
2.1 涂层刀具的制备工艺 |
2.1.1 硬质合金刀具基体的制备工艺 |
2.1.2 双层结构与多层纳米结构涂层的制备工艺 |
2.2 涂层的微观组织结构分析 |
2.2.1 透射电子显微技术分析 |
2.2.2 X射线衍射技术分析 |
2.3 涂层的热学性能研究 |
2.3.1 涂层的抗氧化性能分析 |
2.3.2 涂层的抗热疲劳冲击性能分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 涂层刀具的静态力学性能 |
3.1 小载荷压痕与划痕试验——涂层表面力学性能 |
3.1.1 涂层在常温及高温下的纳米压痕试验 |
3.1.2 涂层硬度、弹性模量及其力学性能指标参数 |
3.1.3 涂层的小载荷划痕试验 |
3.1.4 涂层的摩擦性能及涂层/基体的结合性能分析 |
3.2 大载荷压痕试验——涂层/基体系统界面力学性能 |
3.2.1 大载荷逐次连续压痕试验平台的搭建 |
3.2.2 涂层的大载荷逐次连续压痕试验方法 |
3.2.3 载荷分析 |
3.2.4 形貌检测 |
3.2.5 涂层/基体系统的断裂韧性分析 |
3.2.6 涂层的高温大载荷压痕试验及其裂纹扩展 |
3.3 涂层压痕试验的数值仿真与构建应力分布模型 |
3.3.1 压痕数值仿真的研究目的与方法 |
3.3.2 构建仿真模型 |
3.3.3 压痕数值仿真结果 |
3.3.4 构建涂层/基体系统内的应力分布模型与压痕力学模型 |
3.4 涂层在压痕作用下的三维裂纹扩展机理 |
3.4.1 亚表面形貌检测 |
3.4.2 三维裂纹扩展形式 |
3.5 涂层的大载荷划痕试验研究 |
3.5.1 试验方法 |
3.5.2 涂层在大载荷划痕作用下的裂纹扩展机理与失效模式 |
3.6 本章小结 |
第4章 涂层刀具的动态冲击力学性能 |
4.1 涂层刀具在低频循环冲击作用下的抗疲劳性能 |
4.1.1 低频循环冲击试验平台 |
4.1.2 涂层刀具的低频循环冲击试验方法 |
4.1.3 涂层抗低频疲劳冲击性能的分析 |
4.2 涂层刀具在高频循环冲击作用下的抗疲劳性能 |
4.2.1 高频循环冲击试验平台的搭建 |
4.2.2 涂层刀具的高频循环冲击试验方法 |
4.2.3 涂层刀具高频循环冲击的载荷分析 |
4.2.4 涂层刀具高频循环冲击的形貌检测 |
4.3 涂层刀具在超高频循环冲击作用下的抗疲劳性能 |
4.3.1 超高频循环冲击试验平台的搭建 |
4.3.2 涂层刀具的超高频循环冲击试验方法 |
4.3.3 涂层刀具超高频循环冲击的载荷分析 |
4.3.4 涂层刀具超高频循环冲击的形貌检测 |
4.3.5 涂层在超高频循环冲击作用下的亚表面裂纹扩展机理 |
4.4 本章小结 |
第5章 涂层刀具的切削加工性能 |
5.1 涂层刀具铣削Ti-6Al-4V钛合金的实验设计 |
5.1.1 实验目的 |
5.1.2 实验参数 |
5.1.3 涂层刀具与工件材料 |
5.2 铣削Ti-6Al-4V钛合金的实验结果及分析 |
5.2.1 铣削力 |
5.2.2 切屑形貌 |
5.2.3 涂层刀具的裂纹扩展及磨损机理 |
5.2.4 铣削工况下涂层失效与其力学性能之间的关联性研究 |
5.3 涂层刀具车削Ti-6Al-4V钛合金的实验设计 |
5.3.1 实验目的 |
5.3.2 实验参数 |
5.3.3 涂层刀具与工件材料 |
5.4 车削Ti-6Al-4V钛合金的实验结果及分析 |
5.4.1 切削力 |
5.4.2 切屑形貌 |
5.4.3 涂层刀具的裂纹扩展及磨损机理 |
5.4.4 车削工况下涂层失效与其力学性能之间的关联性研究 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
(10)AlCrSiN基自润滑刀具涂层的结构和性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 硬质涂层的制备技术 |
1.2.1 物理气相沉积技术 |
1.2.2 高功率脉冲磁控溅射技术 |
1.3 刀具涂层发展历程 |
1.3.1 二元及多元金属氮化物涂层 |
1.3.2 纳米复合涂层 |
1.3.3 纳米复合多层涂层 |
1.4 自润滑涂层刀具研究现状 |
1.4.1 自润滑刀具研究现状 |
1.4.2 AlCrSiN基自润滑刀具涂层研究现状 |
1.5 本课题主要研究内容 |
第2章 实验方法 |
2.1 实验材料与实验设备 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 靶材与气体 |
2.1.3 镀膜设备 |
2.2 涂层的制备 |
2.2.1 技术路线 |
2.2.2 制备工艺 |
2.3 涂层的组织结构分析 |
2.3.1 涂层厚度 |
2.3.2 微观结构及成分分析 |
2.4 涂层的力学性能表征 |
2.4.1 硬度与弹性模量 |
2.4.2 临界载荷 |
2.4.3 残余应力 |
2.5 涂层的摩擦学性能测试 |
2.5.1 摩擦系数 |
2.5.2 磨损率及磨痕形貌 |
2.6 真空热处理试验 |
2.7 涂层刀具的切削实验 |
2.7.1 切削条件 |
2.7.2 切削方案 |
第3章 CrMo靶溅射功率对AlCrSiN/Mo涂层结构和性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 涂层的制备 |
3.3 成分与结构 |
3.3.1 化学成分 |
3.3.2 物相组成 |
3.3.3 沉积速率 |
3.3.4 微观结构 |
3.4 力学性能 |
3.4.1 硬度与弹性模量 |
3.4.2 临界载荷 |
3.5 摩擦学性能 |
3.5.1 磨痕形貌 |
3.5.2 摩擦系数 |
3.5.3 磨损率 |
3.6 本章小结 |
第4章 沉积压强对AlCrSiN/Mo涂层结构与性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 涂层的制备 |
4.3 成分与结构 |
4.3.1 化学成分 |
4.3.2 物相组成 |
4.3.3 沉积速率 |
4.3.4 微观结构 |
4.4 力学性能 |
4.4.1 硬度与弹性模量 |
4.4.2 临界载荷 |
4.5 摩擦学性能 |
4.5.1 磨痕形貌 |
4.5.2 摩擦系数 |
4.5.3 磨损率 |
4.6 本章小结 |
第5章 AlCrSiN/Mo涂层的热稳定性及切削性能 |
5.1 引言 |
5.2 成分与结构 |
5.2.1 化学成分 |
5.2.2 物相组成 |
5.2.3 微观结构 |
5.3 力学性能 |
5.3.1 残余应力 |
5.3.2 硬度与弹性模量 |
5.3.3 临界载荷 |
5.4 摩擦学性能 |
5.4.1 磨痕形貌 |
5.4.2 摩擦系数 |
5.4.3 磨损率 |
5.5 切削性能分析 |
5.5.1 磨损形貌 |
5.5.2 磨损量 |
5.5.3 切屑形态 |
5.5.4 切削温度 |
5.6 本章小结 |
第6章 全文总结与工作展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
申请硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
四、多元多层复合涂层刀具切削温度的测量(论文参考文献)
- [1]刀具涂层材料的最新研究进展[J]. 范其香,林静,王铁钢. 表面技术, 2022
- [2]热丝化学气相沉积金刚石/β-SiC复合多层结构涂层研究[D]. 袁子尧. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层的研制及性能研究[D]. 朱强. 天津职业技术师范大学, 2021(06)
- [4]AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合刀具涂层的制备及性能影响[D]. 刘迁. 天津职业技术师范大学, 2021(06)
- [5]CrAlSiN纳米梯度涂层的组织结构与性能分析[D]. 梁杨梦甜. 天津职业技术师范大学, 2021(06)
- [6](Cr,Al)N/AlN纳米多层涂层的工艺优化及切削性能研究[D]. 王欣. 天津职业技术师范大学, 2021(06)
- [7]复合PVD氮化物刀具涂层的制备及其性能研究[D]. 张权. 广东工业大学, 2020(05)
- [8]高强韧AlCrSiN刀具涂层的梯度多层结构设计与性能研究[D]. 高营. 安徽工业大学, 2020(07)
- [9]双层与纳米多层结构TiSiN/TiAlN涂层的力学及切削性能研究[D]. 查旭明. 华侨大学, 2020(01)
- [10]AlCrSiN基自润滑刀具涂层的结构和性能研究[D]. 蒙德强. 天津职业技术师范大学, 2020(07)