在硬質合金刀具表面沉積高質量金剛石涂層可顯著改善刀具的切削性能,但較差的金剛石涂層-硬質合金襯底膜基結合性能一直制約著金剛石涂層刀具在精密加工領域的推廣應用,影響硬質合金襯底與金剛石涂層間結合力的關鍵因素是硬質合金中鈷粘結相的催石墨化作用。兩步法可有效的去除硬質合金表面的鈷粘結相,是硬質合金襯底預處理最常用的方法之一,然而該方法也存在首環(huán)節(jié)效率不高、粗化效果不可控、產生大量化學廢液等問題。近年來可見大量應用激光直寫技術對涂層刀具襯底進行預處理的報導,主要原理是利用激光熱源直接將襯底表面粗化或形成特定織構,從而增加涂層與襯底之間的機械咬合力,改善刀具切削性能。激光直接作用于靶材表面會由于熱影響區(qū)的存在使工件表面產生熔渣、裂紋等缺陷,應采取適當的冷卻手段對熱影響區(qū)范圍進行有效的控制。本文針對目前硬質合金刀具預處理中存在的不足,以改善硬質合金襯底上CVD金剛石涂層質量、提高膜基附著強度、探索襯底預處理方法為研究目的,提出噴霧冷卻輔助的激光預處理方法,主要內容如下:(1)以金剛石在硬質合金材料表面的生長機理為基礎,總結和分析了硬質合金襯底表面金剛石涂層沉積所面臨的主要問題。綜述了近五年有關硬質...

【文章頁數】：118 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 基于硬質合金襯底的金剛石涂層制備機理
        1.2.1 金剛石異質外延生長概述
        1.2.2 硬質合金材料的性質
    1.3 金剛石在硬質合金表面的生長
    1.4 金剛石涂層的硬質合金襯底預處理原理及方法
        1.4.1 影響硬質合金襯底上金剛石薄膜沉積的主要因素
        1.4.2 硬質合金襯底鈷不利相的消除
    1.5 硬質合金襯底表面織構化
        1.5.1 金剛石涂層刀具襯底織構化的目的意義
        1.5.2 織構化刀具切削性能提升原理
        1.5.3 刀具表面織構的副作用
        1.5.4 刀具表面織構成形方法及形式
    1.6 涂層刀具的激光預處理研究概述
        1.6.1 激光的刻蝕及熔融
        1.6.2 激光作用對表面鈷相的調控
        1.6.3 激光作用下硬質合金表面衍生物的產生
        1.6.4 LST技術的其他共性問題
    1.7 本文主要研究內容
    1.8 本章小結
第二章 噴霧冷卻換熱的數值模擬
    2.1 引言
    2.2 噴霧冷卻換熱機理
        2.2.1 臨界區(qū)—膜態(tài)沸騰區(qū)
        2.2.2 兩相區(qū)—核態(tài)沸騰區(qū)
        2.2.3 單相區(qū)—無沸騰區(qū)
    2.3 噴霧冷卻數學模型
        2.3.1 連續(xù)相模型
        2.3.2 湍流模型
        2.3.3 離散相模型
        2.3.4 壁膜模型
        2.3.5 其他初始條件設置
    2.4 噴嘴參數對冷卻換熱的影響
        2.4.1 霧化壓力對噴霧冷卻特性的影響
        2.4.2 噴嘴孔徑對噴霧冷卻特性的影響
        2.4.3 噴嘴高度對噴霧冷卻特性的影響
        2.4.4 噴嘴傾斜角度對噴霧冷卻特性的影響
    2.5 本章小結
第三章 實驗材料、設備及方法
    3.1 引言
    3.2 實驗流程
        3.2.1 總體介紹
        3.2.2 實驗可行性分析
    3.3 激光預處理實驗材料及設備
        3.3.1 刀具材料
        3.3.2 激光加工實驗設備
        3.3.3 噴霧冷卻系統介紹
        3.3.4 酸洗刻蝕溶液配方
    3.4 金剛石涂層沉積實驗設備及工藝
    3.5 實驗方案設計與表征
        3.5.1 單因素實驗
        3.5.2 響應面分析
    3.6 本章小結
第四章 噴霧條件下激光預處理實驗研究
    4.1 引言
    4.2 單因素對硬質合金襯底預處理的影響
        4.2.1 激光輸出功率對硬質合計襯底表面預處理的影響
        4.2.2 激光掃描速度對硬質合計襯底表面預處理的影響
        4.2.3 激光掃描間距對硬質合計襯底表面預處理的影響
        4.2.4 噴霧冷卻對激光預處理結果的影響
    4.3 預處理效果響應結果的簡化
        4.3.1 粗糙度及鈷相含量對預處理結果影響的初步分析
        4.3.2 激光預處理效果因子Qi的定義
    4.4 激光預處理參數對硬質合金表面質量的響應曲面分析
        4.4.1 響應曲面分析中各因素水平的選擇
        4.4.2 預處理參數對襯底表面粗糙度的響應面回歸分析
        4.4.3 預處理參數對襯底表面鈷相含量的響應面回歸分析
    4.5 基于響應曲面分析的激光預處理工藝參數優(yōu)化
        4.5.1 激光參數對預處理質量影響的響應面回歸設計
        4.5.2 模型方差分析及改進
        4.5.3 殘差及效應因子分析
        4.5.4 預處理工藝參數的優(yōu)化(Q_i尋優(yōu),望大)
    4.6 模型實驗驗證
        4.6.1 回歸模型可靠性驗證
        4.6.2 金剛石涂層沉積實驗驗證
    4.7 本章小結
第五章 總結與展望
    5.1 全文總結
    5.2 工作存在的不足及展望
參考文獻
致謝
作者簡介及讀研期間主要成果和榮譽



本文編號：3910220