【摘要】：類金剛石涂層是一種亞穩(wěn)態(tài)的非晶碳膜,其主要是由不同含量的sp~3、sp~2鍵組成。因為其具有硬度高、耐磨性好、彈性模量高以及摩擦系數低等與金剛石類似的性能,從而很多場合代替金剛石使用,可以用來降低生產成本。類金剛石涂層根據sp~2和sp~3含量不同可以分為Ta-C涂層(無氫類金剛石涂層)和氫化類金剛石涂層,Ta-C涂層的sp~3鍵(80%~90%)高于氫化類金剛石涂層,其主要成分為四面體碳(Tetrahedral Carbon)。本文以YG10C硬質合金為基體材料,Ti為打底層,改變Ta-C涂層制備過程中氬離子刻蝕時間、石墨靶濺射時間研究其對涂層硬度、厚度、結合強度、摩擦性能的影響,并通過研究選取較優(yōu)的氬離子刻蝕時間和石墨靶濺射時間工藝參數制備Ta-C涂層刀具進行現場切削運用,與目前運用較廣泛的氫化類金剛石涂層刀具進行對比切削,驗證本研究中工藝參數的優(yōu)劣。主要研究工作概括如下:1.硬質合金基體表面Ta-C涂層的制備及性能表征研究。以99.9%純度Ti靶和99.9%純度石墨靶為原材料,在氬氣環(huán)繞的低溫爐腔內運用離子濺射技術在硬質合金表面制備了不同工藝參數的Ta-C涂層。采用掃描電鏡、光學顯微鏡、球磨儀厚度測量儀、維氏硬度計、拉曼光譜儀以及壓痕儀器對Ta-C涂層的表面形貌、厚度、硬度以及結合強度進行了表征。實驗結果表明:經上述儀器測試氬離子刻蝕30min、石墨濺射時間55min時制備的Ta-C涂層綜合性能較優(yōu),維氏硬度可以達到8870HV,通過壓痕實驗測得其在硬質合金基體上的附著強度達到HF1。該研究內容為Ta-C涂層的進一步應用奠定了一定的理論基礎。2.Ta-C涂層的在干摩擦條件下的性能研究。在硬質合金基體表面制備的Ta-C涂層與氧化鋯陶瓷珠對磨材料采用UMT-3往復運動摩擦試驗機研究干摩擦條件下Ta-C涂層的摩擦學性能,并采用拉曼光譜儀對Ta-C涂層以及經過摩擦磨損實驗之后的氧化鋯對磨副表面進行測試。實驗結果表明:石墨靶濺射55min時制備的Ta-C涂層摩擦系數較低達到0.13,對磨副表面形成了石墨轉移膜,對Ta-C涂層起到了潤滑作用。3.Ta-C涂層的應用研究。首先對比在氬離子刻蝕30min下,石墨靶不同濺射時間制備得到的Ta-C涂層的切削運用,然后將石墨靶濺射時間制備得到的切削性能較優(yōu)的Ta-C涂層刀具與氫化類金剛石涂層刀具進行干式切削效果對比。以2A50鋁合金作為切削實驗材料,切削實驗以VMC-1000ΙΙ機床為載體。結果表明:石墨靶濺射時間為55min時制備的Ta-C涂層切削運用效果較好,工件平均粗糙度達到0.692μm。與氫化類金剛石涂層刀具對比,Ta-C涂層銑刀較氫化類金剛石涂層刀具使用壽命提高2倍以上。
【學位授予單位】：上海應用技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4
【圖文】：

圖 1.1 類金剛石的三元相圖Fig1.1 Ternary phase diagrams of diamond-like carbon石涂層的制備方法和機理石涂層具有和金剛石性能許多相似之處，如高硬度、高彈性模量、抗熱震性等特點，具有廣闊的應用前景。對類金剛石涂層制備技術

圖 1.2 離子束沉積裝置示意圖Fig1.2 Schematic diagram of ion beam deposition device法（如圖 1.3 所示）：放電使碳電離產生高純碳等離離化率高、離子純度高、能產生幾乎所有金屬的等以沉積獲得平滑致密并且與基體結合良好的涂層，

濺射沉積法示意圖

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 安書董;王曉燕;陳仙;王炎武;王曉波;趙玉清;;基底表面納米織構對非晶四面體碳膜結構和摩擦特性的影響研究[J];物理學報;2015年03期

2 汪洋;;切削鋁合金汽車零件的“軟”涂層刀具的試驗與研究[J];輕合金加工技術;2014年07期

3 馬淑紅;焦照勇;黃肖芬;張現周;;TaC和Ta_2C結構穩(wěn)定性、電子結構及力學性能的研究[J];原子與分子物理學報;2014年01期

4 紀錫旺;許振華;何利民;甄洪濱;李迪敏;郝俊文;;中間層類型對類金剛石涂層界面結合性能和抗磨損能力的影響[J];真空;2013年06期

5 馮吉福;林峰;李立惟;蔣燕麟;;PDC刀具切削硅鋁合金的表面粗糙度研究[J];超硬材料工程;2013年03期

6 祝新發(fā);;加工工具物理氣相沉積技術的發(fā)展[J];裝備機械;2013年01期

7 韓亮;張濤;劉德連;;磁過濾陰極電弧技術沉積高sp~3鍵含量四面體非晶碳薄膜的工藝優(yōu)化研究[J];真空科學與技術學報;2013年03期

8 張傳鑫;宋廣平;孫躍;趙軼杰;赫曉東;;電子束物理氣相沉積技術研究進展[J];材料導報;2012年S2期

9 仇健;李曉飛;馬曉波;林劍峰;仝建;;硬質合金立銑刀高速銑削鋁合金切削力實驗研究[J];中國機械工程;2012年13期

10 宮篤篪;;淺議干式切削技術[J];科技創(chuàng)新導報;2011年30期

相關博士學位論文 前1條

1 仲為武;鋁合金干切削和少量潤滑切削試驗及模糊監(jiān)控研究[D];南京航空航天大學;2012年

相關碩士學位論文 前1條

1 袁躍峰;硅鋁合金切削加工性研究[D];中北大學;2006年

本文編號：2802251