硬質(zhì)合金刀具表面tin涂層的制備及其性能研究-開題報告

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1、CQWU/JL/JWB/ZY012-14畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告學院：材料與化工學院年級：20門級專業(yè)（班）：金屬材料工程學號：學生姓名：指導教師：論文題目：硬質(zhì)合金刀具表面TiN涂層的制備及其性能研究2015年3月140重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告論文題目硬質(zhì)合金刀具表而TiN涂層的制備及其性能研究院（系）專業(yè)材料與化工學院金屬材料工程年級2011級開題日期2015.3.14學號姓名指導教師1、選題目的和意義：碩質(zhì)合金作為工具材料，高硬度、高強度、耐磨損、耐腐蝕、高彈性模量等是它的基本性能⑴。硬質(zhì)合金是當下重要的刀具

2、材料，刀具的使用效果主要受表面涂層、基體材料、以及刀具的幾何參數(shù)影響，其中刀具表面涂層的影響尤為重要。涂層刀具是利用氣相沉積法在高速鋼（HSS）、硬質(zhì)合金以及陶瓷（金屬陶瓷）等基體表而沉積一層或多層難熔金屬或非金屬化合物薄膜而獲得的。涂層刀具，能較好的解決刀具存在的強度和硬度之間的矛盾，這是切削刀具發(fā)展的一次革命⑵。本課題通過中頻磁控濺射和熱蒸發(fā)鍍復合技術(shù)制備TiN薄膜，并通過摻入不同量的A1研究A1對TiN涂層結(jié)構(gòu)和性能的影響。目的：涂層作為一個化學屏蔽和熱屏蔽，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應(yīng)從而減少了月牙槽磨損。涂層表面硬

3、度高、耐熱、耐磨、耐氧化、化學性能穩(wěn)定、摩擦因數(shù)小和熱導率低等特性，切削時延長刀具使用壽命3-5倍，提高切削速度20%-70%,提高加工精度0.5-1級，降低刀具消耗費用20%-50%oTiN薄膜是一種最常見的機械功能薄膜，它具備高碩度、低摩擦系數(shù)等特點，廣泛應(yīng)用于刀具表面⑶。然而TiN在高溫下易氧化成TiO2,降低耐磨性，并與被加工材料發(fā)生擴散，使得薄膜劣化，故限制了TiN涂層高溫加工領(lǐng)域應(yīng)用。研究表明在TiN中摻雜A1能提高薄膜熱穩(wěn)定性和抗高溫氧化性，同時也不降低硬度和耐磨性。意義：發(fā)達國家涂層刀具占70%-80%,涂層刀具已

4、經(jīng)成為現(xiàn)在高端刀具的標志。中國是全球最具發(fā)展?jié)摿Φ牡毒叽笫袌?，但我國涂層刀具基本靠向歐美國家進口，國內(nèi)生產(chǎn)涂層刀具在質(zhì)量和產(chǎn)量不具競爭力。同時屮國刀具高端市場被歐洲、口本跨國企業(yè)長期占據(jù)。在國家經(jīng)濟建設(shè)需要刀具行業(yè)快速發(fā)展、國家產(chǎn)業(yè)政策需要高技術(shù)含量的刀具為中國裝備制造業(yè)服務(wù)的大環(huán)境下，研究硬質(zhì)合金表面涂層刀具提高刀具表面硬度、耐磨性、耐熱性及耐氧化等性能從而提高國產(chǎn)硬質(zhì)合金刀具質(zhì)量和壽命來替代日歐進口刀具的依賴。Sandvik公司作了一個估算：假如美國制造業(yè)普遍提高切削效率20%,每年可節(jié)約制造成本150億美元，相當于目前美國全

5、年刀具總費用（30億美元）的五倍?？梢娧芯扛咝繉拥毒邔χ圃鞓I(yè)的發(fā)展所能產(chǎn)生的重大影響遠遠超出其自身的價值。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述：1969年,西德克虜伯公司和瑞典山特維克公司研制的TiC涂層硬質(zhì)合金刀片初次投入市場。1970年后，美國、日本和其他國家也紛紛開始生產(chǎn)這種刀片⑷。2」TiN薄膜研究T.An等人⑸在通過反應(yīng)磁控濺射的方法制備多晶TiN/SiNx多層薄膜實驗中發(fā)現(xiàn)：在Nz/Ar較低時，TiN和SiNx之間的界面很光滑且TiN薄膜呈(200)擇優(yōu)取向，在Nz/Ar較高時，它們之問的界面則比較粗超且TiN薄膜呈(111)擇優(yōu)

6、取向。具有TiN(lll)擇優(yōu)取向的TiN/SiNx多層薄膜的硬度大于具有TiN(200)擇優(yōu)収向的TiN/SiNx多層薄膜的硬度。徐哲等人⑹測試了各種工藝參數(shù)下磁控濺射制備TiN薄膜的顯微硬度，并研究了TiN薄膜硬度隨偏壓、2流量及濺射功率的變化.實驗結(jié)果表明：2流量對薄膜性能和結(jié)構(gòu)影響較大，隨著N?流塑的增加，氮化鈦薄膜的碩度先急劇上升，到15mL/s時達到最大值，然后氮化鈦薄膜硬度平緩下降，在無偏壓的情況下，氮化鈦薄膜的硬度很低，加偏壓后，由于離子轟擊作用，薄膜硬度增加，但過高的負偏壓反而會降低氮化鈦薄膜硬度。王有欣等⑺研究

7、了沉積時間、N2流量對薄膜的結(jié)晶致密程度影響，濺射功率對薄膜腐蝕性的影響，表明當流量為15mL/min,濺射功率為4kw時TiN薄膜結(jié)晶最致密，而濺射功率為4kw時薄膜具有較好的耐腐蝕性。2.2(Ti,Al)N薄膜研究劉陽⑻研究表明：(Ti,A1)N涂層為面心立方的平直的柱狀晶。王永康等⑼的研究表明氮化鈦鋁涂層主要由(Ti,Al)N相組成，(Ti,Al)N與TiN結(jié)構(gòu)相似,同為面心立方結(jié)構(gòu)。由于A1原子半徑為rAr0.143nm,而Ti原子半徑為“1=0.146run,兩者相差很小，因此A1原子完全可能進入面心立方的TiN單胞中，

8、取代部分Ti原子，形成(Ti,Al)N相。IsutomuIkeda1101用陰極電弧離子鍍法制備出(Ti,AI)N薄膜。Shew1111用反應(yīng)濺射法制備(Ti,Al)N薄膜。都得到較好的機械性能。Leel，2J用PECVD法制備出不同成分的(Ti,