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《電弧離子鍍TiAlN基涂層的制備及其性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（工學(xué)碩士）電弧離子鍍TiAlN基涂層的制備及其性能研究費加喜二○一八年五月分類號：學(xué)校代號：11845UDC：密級：學(xué)號：2111501130廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（工學(xué)碩士）電弧離子鍍TiAlN基涂層的制備及其性能研究費加喜指導(dǎo)教師姓名、職稱：王啟民教授專業(yè)或領(lǐng)域名稱：機械工程學(xué)生所屬學(xué)院：機電工程學(xué)院論文答辯日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(Mas
2、terofEngineering)StudyonthepreparationandpropertiesofTiAlN-basedcoatingsdepositedbyArcIonPlatingCandidate:FeiJiaxiSupervisor:Prof.WangQiminMay2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要過渡族金屬氮化
3、物硬質(zhì)涂層作為改善切削刀具性能的有效手段在機械加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其具有優(yōu)異的力學(xué)和耐磨性能可以極大的延長刀具的切削壽命。其中，AlTiN涂層具有較高的硬度和較好的抗氧化性能，是目前應(yīng)用最廣的刀具涂層材料。然而，隨著高速干切削的發(fā)展，尤其是在切削加工一些難加工材料（如鈦合金）時，刀具的切削刃溫度可達(dá)1000℃以上，超過AlTiN涂層服役溫度。因而，尋求改善AlTiN涂層性能的措施，研發(fā)更高硬度和耐磨性能的涂層材料，對提高涂層刀具的應(yīng)用范圍具有重要的意義。本工作結(jié)合涂層制備技術(shù)優(yōu)化和材料改性手段，來開發(fā)具有更好表面
4、質(zhì)量和優(yōu)異力學(xué)、耐磨性能的AlTiN基涂層材料，以服役于鈦合金的高速切削加工。首先，通過改變脈沖電弧的頻率和脈沖寬度來優(yōu)化AlTiN涂層的脈沖電弧制備工藝。然后，在優(yōu)化的脈沖沉積參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過改變AlTi靶和Cr靶的電流制備不同調(diào)制層厚度的AlTiN/CrN納米多層涂層，研究其對涂層結(jié)構(gòu)和性能影響。最后制備AlTiXN/AlTiN（X=Cr，Si）涂層，對比研究其結(jié)構(gòu)、力學(xué)和耐磨性能及其涂層刀具的高速銑削鈦合金（Ti6Al4V）的性能。本工作取得的主要研究成果如下：1）不同頻率下AlTiN涂層均具有單相面心立方
5、結(jié)構(gòu)和相近的化學(xué)組成。然而，脈沖靶材電流的頻率會顯著影響涂層的力學(xué)性能。隨著頻率的增加，涂層殘余應(yīng)力的提高導(dǎo)致了膜基結(jié)合力的下降。同時，殘余應(yīng)力的升高有利于涂層硬度和彈性模量的增加。此外，不同的頻率下，AlTiN涂層表現(xiàn)出相近的摩擦和磨損性能。不同占空比下AlTiN涂層同樣具有單相面心立方結(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)出典型的柱狀晶生長形貌。適當(dāng)?shù)脑黾诱伎毡瓤商岣逜lTiN涂層的結(jié)合力以及硬度和彈性模量。另外，室溫摩擦實驗表明：占空比為50%時表現(xiàn)出最小的摩擦系數(shù)和磨損率，具有較為優(yōu)異的耐磨性能。2）AlTiN/CrN納米多層涂層中
6、AlTiN和CrN調(diào)制層的厚度分別隨著AlTi靶和Cr靶電流的升高而增加。并且，不同AlTi/Cr靶電流下AlTiN/CrN多層涂層均為外延生長，具有單相面心立方結(jié)構(gòu)。提高Cr靶電流時，AlTiN/CrN多層涂層的結(jié)合力增加，表面粗糙度增加，而硬度有所下降；提高AlTi靶電流時，AlTiN/CrN多層涂層的硬度提高。AlTiN/CrN多層涂層具有比AlTiN單層涂層更好的耐磨性I廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文能。隨著Cr靶電流的增加，涂層的摩擦系數(shù)略有下降，而AlTi靶電流的增加一定程度上提高了涂層的摩擦系數(shù)。AlTiN
7、/CrN多層涂層具有比AlTiN單層涂層更優(yōu)異的抗氧化性。并且，Cr靶材電流的提高，多層涂層的抗氧化性略有提升；而AlTi靶材電流對多層涂層化學(xué)成分的影響較小，故抗氧化性無明顯差異。3）Si和Cr的加入均能提高AlTiN涂層的硬度，其中AlTiSiN/AlTiN涂層的硬度最高，為32.74±1.21GPa。在600℃摩擦磨損試驗中三種涂層的摩擦系數(shù)相差較小，但AlTiN涂層的磨損率較高為3.95×10-5mm3/N·m。AlTiN涂層磨損方式主要表現(xiàn)為磨粒磨損和氧化磨損，AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/
8、AlTiN涂層磨損方式主要表現(xiàn)為粘著磨損和氧化磨損。涂層刀具銑削鈦合金(Ti6Al4V)銑削壽命依次為AlTiN
