TiAlN刀具涂層的微噴砂加工表面完整性研究.pdf

1、在機(jī)械制造業(yè)中，雖然已發(fā)展出多種零件成型和加工工藝，但仍有90％以上的機(jī)械零件通過(guò)切削加工制成。統(tǒng)計(jì)表明，目前80％以上零件的切削加工應(yīng)用了涂層刀具，性能優(yōu)異的涂層材料可以顯著提高刀具壽命和切削效率。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，特別是航空航天、國(guó)防軍工、汽車等制造行業(yè)領(lǐng)域?qū)σ恍╇y加工材料的需求急劇增加，對(duì)涂層刀具性能提出了越來(lái)越高的性能要求。
　　相對(duì)開(kāi)發(fā)新型涂層材料和新型涂層工藝，對(duì)已有刀具涂層進(jìn)行后處理以提高改善其性能則是一種快速

2、、高效、低成本的工藝方法。微噴砂技術(shù)作為涂層刀具后處理工藝已開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，但微噴砂工藝參數(shù)尤其是噴砂壓強(qiáng)和噴砂時(shí)間尚需優(yōu)化，微噴砂質(zhì)量難以控制。本文以強(qiáng)化涂層表層力學(xué)性能為研究目的，研究微噴砂對(duì)PVD刀具涂層表面完整性的影響規(guī)律。
　　首先，通過(guò)對(duì)TiAlN刀具涂層進(jìn)行微噴砂加工試驗(yàn)，研究噴砂壓強(qiáng)和噴砂時(shí)間對(duì)涂層表面完整性的影響規(guī)律。在不同噴砂壓強(qiáng)和噴砂時(shí)間條件下對(duì)TiAlN刀具涂層進(jìn)行微噴砂后處理，對(duì)處理后的涂層表面粗糙度

3、、表面形貌、涂層厚度、表層硬度、納米壓痕及劃痕深度、涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，作為評(píng)價(jià)涂層表面完整性的技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)微噴砂處理后，TiAlN涂層表面粗粗度的均勻性得到改善，表面“液滴”等缺陷被去除，涂層厚度受噴砂壓強(qiáng)影響較大，顯微硬度較未經(jīng)微噴砂處理提高19.7％，納米壓痕深度和納米加載劃痕深度分別減小11.4％和11.2％，涂層與基體之間結(jié)合強(qiáng)度明顯提高。
　　然后，基于準(zhǔn)靜態(tài)壓痕力學(xué)理論，建立了涂層表面粗糙度、涂層表層硬

4、化深度預(yù)報(bào)模型，揭示了噴砂壓強(qiáng)和噴砂時(shí)間通過(guò)改變磨粒動(dòng)能、覆蓋率進(jìn)而改善涂層表面粗糙度和涂層表層硬化深度的影響機(jī)制;基于壓痕斷裂力學(xué)理論，建立了預(yù)報(bào)使涂層表層產(chǎn)生中向/徑向裂紋的磨料顆粒臨界速度模型，得到了強(qiáng)化涂層表層力學(xué)性能的最高噴砂壓強(qiáng)。噴砂壓強(qiáng)對(duì)刀具涂層表面粗糙度、表層硬化深度的影響主要體現(xiàn)在對(duì)磨料顆粒動(dòng)能的影響上，噴砂壓強(qiáng)越大，磨料顆粒動(dòng)能越大，而表面粗糙度Ra和表層硬化深度與磨料顆粒動(dòng)能的立方根成正比;噴砂時(shí)間對(duì)刀具涂層表面粗

5、糙度的影響主要體現(xiàn)在對(duì)覆蓋率的影響上，隨著覆蓋率提高，覆蓋率小于100％時(shí)，表面粗糙度Ra增大;覆蓋率大于100％時(shí)，表面粗糙度Ra減小后增大并趨于穩(wěn)定;在本文試驗(yàn)條件下對(duì)TiAlN刀具涂層進(jìn)行微噴砂后處理時(shí)的噴砂壓強(qiáng)不應(yīng)高于0.4MPa。
　　最后，通過(guò)對(duì)微噴砂處理前、后的TiAlN涂層進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，揭示了噴砂壓強(qiáng)對(duì)TiAlN涂層摩擦因數(shù)的影響規(guī)律，闡述了涂層微噴砂加工表面耐磨性能的改善機(jī)理。對(duì)于45鋼/TiAlN涂層摩擦副