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镍基油套管是服役于高温、高压及高腐蚀环境中开采石油天然气能源的关键部件,其质量好坏直接影响能源开采的安全。但镍基合金“又硬又软”的特性使油套管的螺纹加工质量难以保证。目前,国际普遍采用硬质合金涂层管螺纹梳刀进行管螺纹的加工,但由于膜-基系统界面结合强度低,涂层摩擦磨损状态差,导致梳刀寿命极短、螺纹加工质量差。因此,提出新的刀具制备工艺具有重要意义。 本课题组针对梳刀的膜-基系统结合强度低和涂层摩擦磨损状态差的问题,提出梳刀基体激光微织构工艺。为了验证该思想,本文对硬质合金基体和TiAlN涂层组成的膜-基系统进行了探索性研究。开展了硬质合金表面激光微织构工艺及其对膜-基系统性能影响的研究。主要内容包括: 首先,预测硬质合金表面激光微织构后沉积涂层的可行性。利用光纤激光,采用不同功率、不同加工次数,在硬质合金表面加工微凹坑,分析了激光功率和激光加工次数对微凹坑形貌的影响规律,探讨了微织构工艺与表面润湿性之间的关系。结果表明:用功率为5W,加工次数5次的激光进行微织构工艺可避免表面过度烧蚀和裂纹,微织构后的硬质合金表面亲水性预测了硬质合金激光微织构工艺的可行性。 其次,探讨基体微织构工艺对膜-基系统性能的影响。用PVD法对激光微织构后的硬质合金表面沉积TiAlN涂层,探讨了硬质合金表面激光微织构工艺对膜-基性能(形貌、涂层显微硬度、基体残余应力及膜-基结合力)的影响。研究表明:通过微织构工艺可使膜-基结合力提高5倍以上;选取适合的微织构密度可以提高涂层的显微硬度;基体微织构工艺对硬质合金残余应力存在一定影响。 最后,研究基体微织构工艺对涂层减摩抗磨的影响。采用镍基合金对磨件,对基体有无微织构工艺后的涂层进行摩擦磨损实验,对比分析了涂层在平均摩擦速度下(0.04 m/s和0.02 m/s)的摩擦系数、磨损量和磨痕形貌。结果表明:高速摩擦时,基体微织构工艺能降低涂层的摩擦系数,磨损量和犁沟数;低速摩擦时,基体微织构工艺后涂层的摩擦系数稳定性高,磨损量小,犁沟数少;基体微织构工艺提高了涂层的减摩抗磨特性。