【摘 要】
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硬涂层具有很高的硬度,可有效改善刀具耐磨性,在切削领域得到广泛应用。但其往往具有较高摩擦系数,限制了对刀具性能的进一步改善,尤其在某些航空制造加工及生物医学材料加工
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硬涂层具有很高的硬度,可有效改善刀具耐磨性,在切削领域得到广泛应用。但其往往具有较高摩擦系数,限制了对刀具性能的进一步改善,尤其在某些航空制造加工及生物医学材料加工过程中,不允许使用切削液,较高的摩擦系数导致出现严重的粘结磨损,从而降低刀具寿命及加工质量。本文采用射频磁控溅射与多弧离子镀相结合的沉积方法在AlCrSiN硬涂层的刀具表面沉积了WS2/Cr复合软涂层,制备出兼具减摩性和耐磨性的WS2/Cr-AlCrSiN软硬复合涂层刀具,系统地研究该软硬复合涂层的摩擦磨损特性以及切削特性,具体研究内容如下:研究了WS2/Cr复合软涂层的制备工艺对涂层性能的影响,分析了沉积温度、沉积气压和溅射功率对涂层硬度、结合力、结晶性、化学成分等的影响规律,确定了WS2/Cr复合软涂层最佳沉积工艺参数,沉积温度为250°C,沉积气压为0.5Pa,WS2靶功率为150W,负偏压为-100V。系统的研究了不同Cr含量的WS2/Cr复合软涂层的摩擦磨损特性,对比分析了各组复合软涂层的摩擦系数随磨损时间的变化规律;通过测量摩擦盘的涂层残余量和摩擦球的磨损率对比了各组复合软涂层的耐磨性,结果表明当Cr含量为9.8%时（Cr靶溅射功率为55W）WS2/Cr复合软涂层的总体平均摩擦系数最小,摩擦盘涂层残余量最多,摩擦球的磨损率最最低;通过切削仿真模型,发现此含量下切屑卷曲半径最小,切屑最容易断裂,刀具温度最低。研究了WS2/Cr-AlCrSiN软硬复合涂层刀具在钛合金和铝合金钻孔时的切削性能,并与AlCrSiN硬涂层刀具和无涂层刀具进行了对比分析,结果表明:涂覆WS2/Cr-AlCrSiN软硬复合涂层钻头可以显著减少切削过程中切屑的粘结、提升排屑的流畅性,进而降低了刀具切削区粘结材料、热量的累积,从而减少刀具的磨损、提高刀具的使用寿命。
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