硬質(zhì)合金表面激光微織構(gòu)工藝及膜—基性能分析.pdf

1、鎳基油套管是服役于高溫、高壓及高腐蝕環(huán)境中開采石油天然氣能源的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量好壞直接影響能源開采的安全。但鎳基合金“又硬又軟”的特性使油套管的螺紋加工質(zhì)量難以保證。目前，國際普遍采用硬質(zhì)合金涂層管螺紋梳刀進(jìn)行管螺紋的加工，但由于膜-基系統(tǒng)界面結(jié)合強度低，涂層摩擦磨損狀態(tài)差，導(dǎo)致梳刀壽命極短、螺紋加工質(zhì)量差。因此，提出新的刀具制備工藝具有重要意義。
　　本課題組針對梳刀的膜-基系統(tǒng)結(jié)合強度低和涂層摩擦磨損狀態(tài)差的問題，提出梳刀基體

2、激光微織構(gòu)工藝。為了驗證該思想，本文對硬質(zhì)合金基體和TiAlN涂層組成的膜-基系統(tǒng)進(jìn)行了探索性研究。開展了硬質(zhì)合金表面激光微織構(gòu)工藝及其對膜-基系統(tǒng)性能影響的研究。主要內(nèi)容包括:
　　首先，預(yù)測硬質(zhì)合金表面激光微織構(gòu)后沉積涂層的可行性。利用光纖激光，采用不同功率、不同加工次數(shù)，在硬質(zhì)合金表面加工微凹坑，分析了激光功率和激光加工次數(shù)對微凹坑形貌的影響規(guī)律，探討了微織構(gòu)工藝與表面潤濕性之間的關(guān)系。結(jié)果表明:用功率為5W，加工次數(shù)5次的

3、激光進(jìn)行微織構(gòu)工藝可避免表面過度燒蝕和裂紋，微織構(gòu)后的硬質(zhì)合金表面親水性預(yù)測了硬質(zhì)合金激光微織構(gòu)工藝的可行性。
　　其次，探討基體微織構(gòu)工藝對膜-基系統(tǒng)性能的影響。用PVD法對激光微織構(gòu)后的硬質(zhì)合金表面沉積TiAlN涂層，探討了硬質(zhì)合金表面激光微織構(gòu)工藝對膜-基性能（形貌、涂層顯微硬度、基體殘余應(yīng)力及膜-基結(jié)合力）的影響。研究表明:通過微織構(gòu)工藝可使膜-基結(jié)合力提高5倍以上;選取適合的微織構(gòu)密度可以提高涂層的顯微硬度;基體微織構(gòu)工

4、藝對硬質(zhì)合金殘余應(yīng)力存在一定影響。
　　最后，研究基體微織構(gòu)工藝對涂層減摩抗磨的影響。采用鎳基合金對磨件，對基體有無微織構(gòu)工藝后的涂層進(jìn)行摩擦磨損實驗，對比分析了涂層在平均摩擦速度下（0.04 m/s和0.02 m/s）的摩擦系數(shù)、磨損量和磨痕形貌。結(jié)果表明:高速摩擦?xí)r，基體微織構(gòu)工藝能降低涂層的摩擦系數(shù)，磨損量和犁溝數(shù);低速摩擦?xí)r，基體微織構(gòu)工藝后涂層的摩擦系數(shù)穩(wěn)定性高，磨損量小，犁溝數(shù)少;基體微織構(gòu)工藝提高了涂層的減摩抗磨特性