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近年来,在加工成本与效率的压力下,高速切削加工钛合金成为主要发展方向,对钛合金加工提出更苛刻的要求。针对当前钛合金的难题,本论文通过对市场常用的加工难加工材料的刀具涂层进行了制备、测试、对比分析和总结,设计了新型的刀具涂层。本课题在硬质合金YG8基体上制备CrN/CrSiCN多层复合涂层,采用扫描电子显微镜、洛氏与维氏硬度计、球磨仪、XPS、X射线衍射仪、表面粗糙度仪、划痕仪等设备对涂层的组织、结构进行表征。采用SFT-2M型削盘式摩擦磨损试验机研究CrSi CN与TC4钛合金的摩擦磨损行为。通过以上实验,在本论文中得出以下结论:(1)同含钛的表面涂层Ti33Al67N和Ti50Al50N相比,Cr基涂层Cr30Al70N涂层与奥氏体304合金和TC4钛合金的亲和力更低,且这种亲和力主要来自于不同涂层的表面能差异。三种硬质涂层磨损机理包括涂抹、粘结及氧化。涂层最主要的磨损失效方式是局部撕裂,局部撕裂的本质是硬质合金基体同TC4合金直接接触形成高强度结点。复合涂层Cr30Al70N/Ti50Al50N及单层Cr30Al70N涂层的膜基结合力高,表现出优于Cr30Al70N/Ti33Al67N复合涂层的抗摩擦磨损性能。因此加工TC4合金应优选Cr基涂层。(2)采用阴极电弧技术及正交试验优化后,CrSiCN涂层的制备参数优化工艺参数为:真空度0.3Pa,偏压50V,靶电流60A。当涂层中C/N为2:1时涂层能够达到最优的综合性能:CrSiCN涂层显微硬度达到3049HV0.01,结合力可达94N。当C/N为1:1时,CrSiCN涂层的硬度和膜基结合力最差,分别为2411HV0.01和11N。CrSiCN涂层涂层中的含碳量应尽量避免C/N比接近1:1。(3)随着涂层中C元素含量增加,涂层由晶态逐渐转变为非晶态。涂层中Si元素主要以a-Si3N4/a-SiC,a-SiCxNy等纳米非晶相形式存在。而C除了固溶在CrN晶格中外,还有大量的C以非晶态存在于薄膜中。(4)CrSiCN涂层与Ti合金(TC4)进行室温干式摩擦试验时,耐磨性表现良好。主要原因是,一方面涂层中的C元素不仅在表面形成了一层润滑层降低了摩擦系数,也增加了摩擦初期阶段的时长,延缓了涂层的撕裂过程。另一方面涂层中的存在高碳含量时,能够促进过度层宽化,且使过渡层与基体和顶层完整地融合在一起,从而提高了涂层的膜基结合力。(5)CrSiCN涂层与TC4合金摩擦时的磨损机理主要包括涂抹、粘结及氧化。涂层最主要的磨损失效是局部撕裂。涂层的膜基结合力越大,其抗撕裂能力越强,耐磨性越好。CrSiCN涂层的膜基结合力有94N,而CrAlN涂层仅为60N,前者无论是摩擦系数,还是表面撕裂面积密度均比后者低;在高载荷15N下摩擦15min时,前者磨痕表面的破损量仅为CrAlN涂层的1/6,而摩擦系数仅为67%。(6)在高速铣削TC4钛合金时,参考后刀面磨损量为标准,CrSiCN复合涂层铣刀的寿命为21.5min,比硬质合金裸刀的刀具寿命提高了144%,比GT-1复合涂层铣刀提高了50%;CrSiCN复合涂层铣刀可以大幅度抑制加工时钛粘结和积屑瘤形成并且降低了切屑与铣刀的摩擦磨损,提高铣刀排屑能力,减小铣削区域的温升,降低钛的粘附。