【摘 要】
:
镍基高温合金是一种应用广泛,抗高温氧化性能稳定的材料,但是可切削加工性较差,因此选择合适的硬质涂层可以提高镍基高温合金材料的加工效率以及刀具的使用寿命。硬质涂层被广泛应用于机械加工领域,在Ti N涂层的基础上加入Al元素形成新的Ti Al N涂层,其硬度和抗高温氧化性能均好于Ti N涂层。随着加工需求的不断提高,原有的三元金属氮化物涂层的切削性能已经不能满足当前所需要的加工精度。经研究发现,在三元
【基金项目】
:
吉林省产业关键核心技术攻关项目:高速切削镍基合金加工表面形成机理与工艺技术(20210201043GX); 吉林省自然科学基金:高速切削镍基高温合金接触界面状态演化与刀具磨损机理(20200201064JC); 吉林省长春市科技局项目:基于高温合金切削机理的高效、高质切削工艺开发与应用(21YZ40);
论文部分内容阅读
镍基高温合金是一种应用广泛,抗高温氧化性能稳定的材料,但是可切削加工性较差,因此选择合适的硬质涂层可以提高镍基高温合金材料的加工效率以及刀具的使用寿命。硬质涂层被广泛应用于机械加工领域,在Ti N涂层的基础上加入Al元素形成新的Ti Al N涂层,其硬度和抗高温氧化性能均好于Ti N涂层。随着加工需求的不断提高,原有的三元金属氮化物涂层的切削性能已经不能满足当前所需要的加工精度。经研究发现,在三元涂层的基础上添加第四种元素(Cr、Zr、V、Nb、Si等元素)可以获得性质更加优异的涂层。由于涂层制备方法的不同以及在制备过程中存在不可避免的误差,导致制备出的涂层是不均匀的,涂层性能存在较大的差异。因此,本文基于第一性原理探究了TiAlCrN涂层均匀状态下的力学性质,通过纳米压痕和划痕实验数据验证了理论计算的准确性;对涂层中Al/Cr元素的不同含量进行计算得到最佳的元素配比以及分析了TiAlCrN涂层与WC基体之间的结合性能。基于第一性原理采用Materials Studio软件,构建了Ti3Al N和Ti1.5Al X1.5N(X=Cr、Zr、V、Nb、Si)均匀状态下的理想模型,在保证晶胞最稳定的情况下选择合适的元素掺杂位置,通过计算结果选择合适截断能和布里渊区k点,在保证计算精度的同时节约计算时间。利用CASTEP模块计算了涂层的弹性常数,分析了硬度、刚度、塑性和泊松比等性质。同时计算了涂层的态密度,基于d带中心理论解释了掺杂元素对涂层硬度产生的影响,根据纳米压痕与划痕实验数据证明了理论计算结果的准确性。目前关于TiAlCrN涂层的研究主要集中在涂层的制备方法上,关于TiAlCrN涂层中元素的最佳元素配比研究较少。因此,为研究Al/Cr元素含量对TiAlCrN涂层性能的影响,基于第一性原理构建了Ti3Al1-xCrxN(x=0、0.125、0.25、0.375、0.5、0.625、0.75、0.875、1)涂层的理想模型。采用密度泛函理论的计算方法,分析了Ti3Al1-xCrxN(x=0、0.125、0.25、0.375、0.5、0.625、0.75、0.875、1)涂层的晶格常数随着Al/Cr元素含量的变化情况,解释了晶格畸变的原因,计算了不同Al/Cr元素含量涂层的力学性质以及德拜温度,得到了力学性能最优异的Al/Cr元素比例为Ti3Al0.125Cr0.875N涂层。为了进一步探究涂层与基体之间的结合性能,基于第一性原理构建了Ti3Al0.125Cr0.875N/WC界面结构模型,分别计算了Ti3Al0.125Cr0.875N和WC晶胞不同晶面的表面能,确定了构建界面模型的晶面,对原子层数进行了收敛性测试,选择合适的原子层数可以有效节约计算时间。由于晶面的上下表面是不相同的,因此需要分别构建界面模型,分析了界面模型的粘附功、界面能以及断裂韧性。为了更清晰的了解界面处的结合原理,在电子结构角度分析了界面处的Mulliken布居、态密度和差分电荷密度,可以得到最稳定的界面结构。本文做了关于TiAlCrN均匀涂层的力学性质、Al/Cr元素最优比例以及涂层与WC基体结合性能的一系列的详细计算,为今后涂层的研究提供了理论参考依据。
其他文献
一般意义上,电力能源是指能够为工厂、城市乃至国家提供电力供应的大型能源,这类能源的评价指标从功率、稳定性和成本等多方面评估其可行性。其中成本是非常重要的一项指标。然而,全球当前离散分布着数以万亿的传感单元,而这些传感单元主要依赖电网或化学电池供电,为这些传感器提供电力则带来了巨大的经济负担。纳米能源,即为可以为微纳系统提供持续的、不需要维护的自驱动能源。摩擦纳米发电机已其低成本、易制造及环境友好性
SiCp/Al复合材料具备优良的物理和机械性能,已经广泛应用于飞机零部件制造、汽车制造、精密制造、体育器材和医疗器械等领域。由于SiCp/Al复合材料内部的Si C颗粒的硬度极大,使得在切削加工SiCp/Al复合材料的过程中,存在切削效率低、表面质量差和表面缺陷多等问题,极大限制了该材料的实际应用。超声振动辅助切削(Ultrasonic Vibration Assisted Cutting,UVA
难加工材料广泛应用于航天航空、先进武器、超远程通讯、光伏发电、轨道列车、消费电子等领域,其制造关键技术已经成为我国经济社会长期稳定、人民生活殷实精彩的重要保障。当前,逆全球化趋势加剧,西方部分国家将限制我国难加工材料制造技术作为其大搞保护主义的一项重要手段。构建新发展格局,推进超精密难加工材料零部件供给侧改革,就是要求:在难加工材料制造领域练内功、强弱项、补短板。为了丰富难加工材料的抛光技术手段,
三维点云目标识别是机器视觉与智能检测领域中的核心任务,也是近年来工业机器人自动拾取的关键技术。本文针对当前特征描述算法对含噪点云描述能力弱、识别精度低的问题,提出了一种基于局部点对特征的特征描述算法;针对基于特征向量欧氏距离匹配特征点的误匹配剔除问题,提出了一种用于匹配筛选的简化渐进一致性算法;针对经典最近点迭代(Iterative Closest Point,ICP)识别算法易陷入局部最优,且效
套筒式空间展收机构作为可用于空间望远镜上的重要组成结构,具有高刚度、高展开精度、承载能力大和收拢比高等优点。压电粘滑致动技术作为应用于半导体加工、原位检测、光学精密工程、微纳加工及航空航天等领域的重要支撑技术,具备高精度、构型多样和响应速度快等特点。本文基于空间展收机构,提出一种用于套筒展收的杠杆式压电粘滑致动装置,以解决目前套筒式空间展收机构致动装置较为复杂、展收系统整体集成度和空间利用率较低等
为降低车身重量并保持车身强度,高强钢板料成形结构件广泛的应用于车身制造当中。相较于铝合金等材料来说,高强钢有着材料强度大、性能优的特点。同时,为满足车身不同位置对不同性能的要求,激光拼焊板越来越多应用于车身覆盖件、整体骨架、车门环、汽车B柱等车身零部件的加工制造过程中。高强钢激光拼焊板一般采用热成形的方法冲压成形,通过将异质的高强钢板利用焊接技术合成拼焊板,实现了汽车零部件不同位置的性能需求,还有
足部作为人类在行走过程中,直接与地面接触的部分,在自然界演化的过程中,形成了可以自适应复杂地面行走的能力,并在步态行走过程中起着至关重要的作用。同样,足部的运动与减震、负重稳定性也是息息相关的,对机器人来说,机器人的足结构对机器人步态行走同样起着至关重要的作用。为了可以使仿人足式机器人的足式结构具有与人足相似的行走功能,提高机器人步态行走的稳定性,本文基于桅杆型八面体张拉整体结构,提出一种新型足式
随着近年来航空航天技术的快速革新,航空航天产品和零部件有了新的发展趋势。航空航天工业提出了结构复杂化、尺寸微型化和加工精密化的新需求,这对于零部件加工精度的要求也越来越高。镍基高温合金作为一种应用广泛的航空航天材料,是一类难加工材料,对其高效、高质量地加工极具挑战性,高性能的抗磨损刀具是实现高质量和高效加工目标的关键。最近的研究表明纳米材料在光、电、热、机械性能等方面有突出表现,纳米材料的应用也逐
钛合金空间结构件强度高、密度小、抗腐蚀,作为轻质合金被广泛地应用作飞机、汽车、轨道客车等高端装备的轻量化骨架材料。然而,由于钛合金常温状态下成形困难,一般利用其高自阻性质,通过电流辅助加热的方法对其进行加工。高温状态下的钛合金材料具有超塑性的特点,还可以有效降低回弹变形的发生。因此,为实现TC4钛合金型材空间多维度结构件的复杂弯曲成形,本文基于热拉弯成形和多点拉弯成形技术,提出了一种多点三维热拉弯
随着科学技术的进步,制造业迅猛起势,电子元器件逐渐集成化。作为汽车零件的核心——汽车保险丝盒将汽车中所有保险丝片集成在一起,生产时要做到保证其性能的同时也要保证高效率、高精度。汽车保险丝盒的质量检测也成为汽车制造业中最重要的一环,传统的人工检测方式存在着检测效率低以及漏检错检等问题,无法满足日益增长的高产量检测需求。另一方面现有的视觉检测方法没有统一的检测模型,无法实现对不同类型的产品进行检测。因