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TiAlSiN涂层硬质合金刀具具有高的硬度、耐磨性以及抗高温氧化性等性能,在汽车零部件、精密模具等机械加工方面具有广泛应用。石墨烯具有强度高、结构稳定、高柔韧性和高导热率等优异性能,是提高复合材料性能的理想材料。目前,国内外对石墨烯掺杂TiAlSiN涂层硬质合金刀具的研究较少,本文基于第一性原理,从微观原子尺度上研究石墨烯掺杂TiAlSiN涂层WC-Co硬质合金刀具的界面结合性能,本文对揭示界面结合机理、优化界面结构具有重要的理论和实际意义。研究了 TiAlSiN/WC-Co 的界面结合性能。构建 TiAlSiNAl/WC-Co、TiAlSiNSi/WC-Co和TiAlSiNN/WC-Co三种不同终端的界面模型,计算了粘附功和断裂韧性,分析了差分电荷密度、态密度和电荷布居。研究结果表明:TiAlSiNSi/WC-Co具有最大的粘附功9.530J·m-2,Si与Co形成强化学键,界面最稳定,界面结合性能最强;TiAlSiNN/WC-Co界面具有最小的粘附功3.280J·m-2,N-Co成键不良,界面最不稳定,界面结合性能最弱。研究了基体含石墨烯掺杂的TiAlSiN/WC-Co界面结合性能。基于最稳定和最不稳定的TiAlSiNSi/WC-Co和TiAlSiNN/WC-Co界面模型,构建了基体含本征石墨烯掺杂的TiAlSiNSi/WC/msGR/Co、TiAlSiNN/WC/msGR/Co、TiAlSiNSi/WC/acGR/Co、TiAlSiNN/WC/acGR/Co、TiAlSiNSi/WC/zzGR/Co 和 TiAlSiNN/WC/zzGR/Co 六种界面模型,以及基体含缺陷石墨烯掺杂的 TiAlSiNSi/WC/svGR/Co、TiAlSiNN/WC/svGR/Co、TiAlSiNSi/WC/tdGR/Co和TiAlSiNN/WC/tdGR/Co四种界面模型,计算了粘附功并分析了电子结构。研究结果表明:基体与石墨烯主表面结合提高了 TiAlSiN/WC-Co界面结合性能,其中TiAlSiNsi/WC/msGR/Co的粘附功最高,石墨烯C原子与基体内的Co、W成键,Co与Al、Si、N原子成键良好。基体与石墨烯边界结合降低了 TiAlSiN/WC-Co的界面结合性能,其中TiAlSiNsi/WC/acGR/Co的粘附功最低,界面处Al、Si与N原子的转移电荷数较少,成键不良。基体含缺陷石墨烯掺杂降低了 TiAlSiN/WC-Co界面结合性能,其中TiAlSiNN/WC/tdGR/Co的粘附功最低,界面结合性能最弱。对涂层含石墨烯掺杂的TiAlSiN/WC-Co界面结合性能进行了研究。构建了涂层含本征石墨烯掺杂的 TiAlSiN/msGR/TiAlSiNSi/WC-Co、TiAlSiN/msGR/TiAlSiNN/WC-Co、TiAlSiN/acGR/TiAlSiNSi/WC-Co、TiAlSiN/acGR/TiAlSiNN/WC-Co、TiAlSiN/zzGR/TiAlSi-Nsi/WC-Co和TiAlSiN/zzGR/TiAlSiNN/WC-Co六种界面模型,以及涂层含缺陷石墨烯掺杂的 TiAlSiN/svGR/TiAlSiNsi/WC-Co、TiAlSiN/svGR/TiAlSiNN/WC-Co、TiAlSiN/tdGR/TiAl-SiNSi/WC-Co和TiAlSiN/tdGR/TiAlSiNN/WC-Co四种界面模型,计算了粘附功并分析了电子结构。研究结果表明:涂层与石墨烯主表面结合时,TiAlSiN/msGR/TiAlSiNN/WC-Co的粘附功最高,界面结合性能最强。涂层与石墨烯边界结合降低了 TiAlSiN/WC-Co的界面结合性能,其中TiAlSiN/zzGR/TiAlSiNSi/WC-Co的粘附功最低,界面结合性能最弱。涂层含缺陷石墨烯掺杂时,只有TiAlSiN/svGR/TiAlSiNN/WC-Co界面的粘附功增大,界面结合性能提高。基体和涂层同时掺杂石墨烯时,TiAlSiN/msGR/TiAlSiNN/WC/msGR/Co和TiAlSiN/svGR/TiAlSiNN/WC/msGR/Co 提高了 TiAlSiNN/WC-Co 界面结合性能。研究了涂基界面含石墨烯掺杂的TiAlSiN/WC-Co界面结合性能。构建了TiAlSiNSi/msGR/WC-Co、TiAlSiNN/msGR/WC-Co、TiAlSiNSi/acGR/WC-Co、TiAlSiNN/acGR/WC-Co、TiAlSiNSi/zzGR/WC-Co 和 TiAlSiNN/zzGR/WC-Co 六种界面模型,以及 TiAlSiNSi/svGR/WC-Co、TiAlSiNN/svGR/WC-Co、TiAlSiNsi/tdGR/WC-Co 和TiAlSiNN/tdGR/WC-Co四种界面模型,计算了粘附功并分析了电子结构。研究结果表明:涂基界面与石墨烯主表面结合提高了 TiAlSiNN/WC-Co界面结合性能,而降低了TiAlSiNsi/WC-Co界面结合性能。涂基界面与石墨烯边界结合降低了 TiAlSiN/WC-Co界面结合性能,其中TiAlSiNN/acGR/WC-Co界面的粘附功最低,TiAlSiN与Co原子之间的电子重叠较少,所形成的化学键较弱。涂基界面含缺陷石墨烯掺杂时,只有TiAlSiNN/svGR/WC-Co界面处原子间形成较强化学键,界面结合性能提高。综合分析了石墨烯掺杂TiAlSiN/WC-Co界面模型的粘附功,研究结果表明:对于最稳定的TiAlSiNSi/WC-Co界面,基体与msGR结合提高了界面结合性能。对于最不稳定的TiAlSiNN/WC-Co界面,通过基体与msGR结合、涂层与msGR结合或掺杂svGR,以及涂基界面与msGR或掺杂svGR的方式均可提高界面结合性能。