PVD涂層陶瓷刀具切削灰鑄鐵的性能研究.pdf

1、在現(xiàn)代高速、高效加工技術迅速發(fā)展下，陶瓷材料（主要分為氧化鋁基和氮化硅基陶瓷材料）以其優(yōu)異的耐磨性和穩(wěn)定的高溫性能成為當世紀最有應用前景的刀具材料之一，但目前仍有一些技術難點限制著陶瓷刀具材料在高速加工領域的廣泛應用。氧化鋁陶瓷材料的強度與抗熱震性較弱，在切削沖擊下容易崩刃甚至碎裂;而氮化硅陶瓷材料易與工件中的Fe發(fā)生親和，在切削高溫下會發(fā)生化學反應使刀具化學穩(wěn)定性下降，導致刀具急劇磨損。
　　隨著硬質涂層技術的發(fā)展，在刀具表面沉

2、積一層硬質、耐磨或者化學性能穩(wěn)定的涂層，成為一種有效改善刀具切削性能的途徑。其中，物理氣相沉積(PVD)法制備涂層時，工藝溫度要求低，且無污染物排放，是一種環(huán)境友好科學技術。而且該法所沉積的涂層還具有高硬度、低摩擦系數(shù)、優(yōu)異的耐磨性和化學穩(wěn)定性等特點，應用在陶瓷刀具上可與基體材料性能互補，大幅度提高陶瓷刀具的切削性能與使用壽命。
　　為了研究PVD涂層陶瓷刀具的切削性能，本課題在采用物理氣相沉積中陰極電弧蒸發(fā)鍍(PVD-CAE)工

3、藝在氧化鋁刀具表面沉積TiN、TiSiN涂層，在氮化硅刀具表面沉積TiAlN、TiAlSiN涂層和CrAlN、TiAlN涂層。采用掃描電鏡(SEM)測量觀察涂層微觀結構與厚度，分別采用顯微硬度計和劃痕儀表征涂層的結合強度與表面硬度。并結合涂層的微觀結構與力學性能，通過切削灰鑄鐵實驗研究多種PVD涂層陶瓷刀具的切削性能和磨損機理。本課題還以CrAlN、TiAlN涂層氮化硅刀具為研究對象，分析不同切削方式與切削速度對PVD涂層陶瓷刀具切削壽

4、命、磨損機理和刀具加工質量的影響。
　　結果表明：
　　1)采用PVD法沉積在陶瓷刀具表面的涂層結構致密，與基體結合良好，均能有效提高刀具的表面硬度，從而提高刀具的切削壽命。
　　2) TiN、TiSiN涂層和無涂層氧化鋁刀具切削灰鑄鐵的磨損機制主要是磨粒磨損，無涂層刀具還會出現(xiàn)微崩刃。TiAlSiN涂層和無涂層氮化硅刀具切削灰鑄鐵過程中主要的磨損機制為磨粒磨損和少量的粘結磨損。而TiAlN涂層氮化硅刀具切削灰鑄鐵時，

5、磨損初期主要發(fā)生磨粒磨損和少量粘結磨損，繼而出現(xiàn)嚴重的粘結磨損。
　　3)在連續(xù)車削過程中，PVD涂層氮化硅陶瓷刀具的切削壽命均隨著切削速度的增大而迅速減少，不同切削速度下PVD涂層陶瓷刀具切削灰鑄鐵的磨損機理無明顯區(qū)別。
　　4)在高速面銑過程中，PVD涂層氮化硅刀具的使用壽命先是隨著切削速度的增大而減少，當切削速度上升到某一值后，則隨切削速度的上升而增加。不同切削速度下涂層刀具出現(xiàn)的磨損機理本質相同，只是刀具的粘結磨損輕