PVD氮化物涂層的抗熱沖擊性能研究.pdf

1、涂層刀具在進(jìn)行切削時，由于切入時的急劇升溫和切出時的急劇降溫或切削液的冷卻作用使涂層刀具在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生劇烈的溫度變化，對涂層刀具產(chǎn)生比較強(qiáng)的熱沖擊。涂層在熱應(yīng)力的作用下可能產(chǎn)生裂紋、褶皺或是脫落，從而造成涂層刀具的過早失效，因此合理評價涂層的抗熱沖擊性能顯得非常重要。本文采用激光熱沖擊的方法對四種典型的PVD氮化物涂層(TiN、CrN、TiAlN、AlCrCN)的抗熱沖擊性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 論文基于傅里葉熱傳導(dǎo)理論

2、和彈性熱力學(xué)理論，首先對涂層在激光熱沖擊下的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行理論分析，分析出涂層在激光熱沖擊下發(fā)生破壞失效的原因。通過有限元方法模擬了涂層在不同加載條件下溫度和應(yīng)力的分布狀況，研究了涂層厚度、過渡層、激光功率密度以及涂層材料等因素對于溫度場和應(yīng)力場的影響規(guī)律。結(jié)果表明:在相同的激光功率密度下，涂層的厚度越厚則在涂層中產(chǎn)生的熱應(yīng)力越大，但是由于涂層的臨界應(yīng)力提高，涂層抗熱沖擊性能提升;通過加入熱物理性能參數(shù)介于涂層和基體的過渡層，可以提

3、高涂層的抗熱沖擊性能;激光熱沖擊過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力隨激光功率密度的增大而增大，當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到臨界應(yīng)力時涂層發(fā)生破壞失效，將此時的激光功率密度作為評價涂層抗熱沖擊性能的參數(shù)，有限元計算得出TiN、CrN、TiAlN和AlCrN四種PVD氮化物涂層的臨界功率密度依次為32.88×108W/m2、45.53×108W/m2、32.62×108W/m2、46.81×108W/m2，臨界功率密度越大則說明涂層的抗熱沖擊性能越好，所以抗熱沖擊性能由高

4、到低順序依次為AlCrN＞CrN＞TiN＞TiAlN。
　　 采用激光熱沖擊試驗研究了TiN、CrN、TiAlN和AlCrN四種PVD氮化物涂層的抗熱沖擊性能。試驗結(jié)果表明:涂層在激光熱沖擊之后的失效形式為涂層表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋，并且裂紋的寬度與激光功率密度成正比，當(dāng)激光功率密度降低到一定值時，涂層表面裂紋消失，將此時的激光功率密度作為涂層的臨界功率密度;試驗得出TiN、CrN、TiAlN和AlCrN四種PVD氮化物涂層的臨界功率