陶瓷涂層作為一種具有極高硬度的材料,在不改變基體外形和尺寸的前提下,通過(guò)一定方法沉積在基體表面,能夠有效改善基體的耐磨性能、力學(xué)性能和使用壽命等。隨著表面工程技術(shù)的快速發(fā)展,高性能陶瓷涂層的制備技術(shù)逐漸豐富,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,使用高性能陶瓷涂層的裝置和零部件也越來(lái)越多。其中,TiN和TiAlN陶瓷涂層具有較低的摩擦系數(shù)、較高的熔點(diǎn)和硬度以及良好的耐磨性能等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于機(jī)械和微電子等工業(yè)領(lǐng)域,成為國(guó)內(nèi)外硬質(zhì)涂層材料研究的熱點(diǎn)。 本文采用PVD技術(shù)分別在40Cr鋼試片、YT15硬質(zhì)合金刀具和齒輪表面沉積了TiN和TiAlN涂層,并進(jìn)行了以下試驗(yàn)：(1)以304不銹鋼球?yàn)槟Σ僚涓?對(duì)40Cr鋼表面的TiN和TiAlN涂層進(jìn)行了干式往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn),研究法向載荷對(duì)涂層摩擦系數(shù)的影響,分析磨痕形貌和磨損機(jī)理；(2)采用未涂層刀具以及TiN和TiAlN涂層刀具對(duì)調(diào)質(zhì)40Cr鋼進(jìn)行干切削試驗(yàn),測(cè)量其在不同切削參數(shù)下的切削力和不同切削速度下的工件表面粗糙度值；(3)采用田口方法建立以切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量為設(shè)計(jì)變量,以表面粗糙度為輸出特性指標(biāo)的切削試驗(yàn)?zāi)Ｐ?對(duì)40Cr鋼進(jìn)行涂層刀具正交干切削試驗(yàn),獲取TiN和TiAlN涂層刀具最優(yōu)的切削參數(shù)；(4)采用Deform3D軟件對(duì)涂層刀具的切削過(guò)程進(jìn)行有限元分析,得到涂層刀具在不同切削速度下應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和切削力的分布及變化規(guī)律,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；(5)采用掃描電鏡對(duì)切削試驗(yàn)后TiN和TiAlN涂層刀具的磨損區(qū)域進(jìn)行微觀觀察,并進(jìn)行EDS分析,探討涂層刀具的磨損形態(tài)和磨損機(jī)理；(6)對(duì)TiN和TiAlN涂層沉積后的齒輪進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn),分析齒輪涂層對(duì)齒輪傳動(dòng)效率和耐磨性能的影響。以上研究表明： (1)TiN涂層的摩擦系數(shù)隨法向載荷的增大而減小,且曲線較為平穩(wěn)；TiAlN涂層的摩擦系數(shù)隨法向載荷的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),且曲線波動(dòng)較大。TiN和TiAlN涂層在低載荷時(shí)的磨損機(jī)理主要是磨粒磨損,較高載荷時(shí)的磨損機(jī)理則是氧化磨損、磨粒磨損和粘結(jié)磨損共存。 (2)在相同的切削參數(shù)下,三種刀具的切削力和加工表面粗糙度由小到大的排序是：TiAlN涂層刀具TiN涂層刀具YT15刀具。 (3)以表面粗糙度為優(yōu)化目標(biāo)時(shí),TiN涂層刀具最優(yōu)切削參數(shù)水平為切削速度120m/min,進(jìn)給量0.1mm/r,背吃刀量0.8mm,此時(shí)表面粗糙度為Ral.85μm; TiAlN涂層刀具最優(yōu)切削參數(shù)水平為切削速度190m/min,進(jìn)給量0.1mm/r,背吃刀量0.8mm,此時(shí)表面粗糙度為Ral.27μm。 (4)有限元仿真結(jié)果顯示刀尖刃前區(qū)的應(yīng)力最為集中和復(fù)雜,該應(yīng)力隨著切削速度的增大而增大,說(shuō)明刀尖是最易磨損的部位。仿真預(yù)測(cè)的切削溫度場(chǎng)的分布和切屑的成形過(guò)程與金屬切削理論吻合,預(yù)測(cè)的主切削力與試驗(yàn)結(jié)果的最大誤差為8.3%,最小誤差為5.1%。 (5)切削試驗(yàn)后,兩種涂層刀具的前刀面和后刀面均有不同程度的磨損。TiN涂層刀具的主要磨損形態(tài)和磨損機(jī)理是前刀面的月牙洼磨損和主后刀面的粘結(jié)磨損、磨粒磨損,其中前刀面的月牙洼磨損較為嚴(yán)重,涂層有明顯剝落,主后刀面有較深的磨粒劃痕,刀尖部分沒(méi)有崩刃,但磨鈍現(xiàn)象嚴(yán)重。TiAlN涂層刀具的主要磨損形態(tài)和磨損機(jī)理是切削刃的破損和刀尖的微崩刃,并伴隨有擴(kuò)散磨損和氧化磨損。 (6)涂層齒輪的傳動(dòng)效率比未涂層齒輪能更早地進(jìn)入穩(wěn)定階段,并且其傳動(dòng)效率比未涂層齒輪增加約1.1%～4.2%,TiAlN涂層齒輪比TiN涂層齒輪具有更好的耐磨性能。

【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.453
【目錄】：

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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【共引文獻(xiàn)】

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