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氮化碳涂層刀具干切削性能的研究

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發(fā)表于 2010-3-30 16:58:39 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
氮化碳涂層刀具干切削性能的研究
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 樓主| 發(fā)表于 2010-3-30 17:02:23 | 只看該作者
摘要:采用dc反應(yīng)磁控濺射法在硬質(zhì)合金(YT15)上沉積氮化碳超硬涂層,將其應(yīng)用于干切削領(lǐng)域,,通過對硅鋁合金和淬火鋼的干式切削試驗(yàn),,研究了氮化碳涂層刀具的切削加工性能。切削試驗(yàn)表明,,在干式切削加工硅鋁合金時可以達(dá)到較高的表面粗糙度,,完全能滿足生產(chǎn)要求;在淬火鋼加工中,,與未涂層的刀具相比,,刀具壽命有較大提高。& }! K5 w4 Z. ~) L; v
! @# d3 ~0 S4 n
    氮化碳(C3N4)是上世紀(jì)90年代初才出現(xiàn)的超硬材料,。80年代后期Cohen等人通過理論計算預(yù)言,,類似β-Si3N4結(jié)構(gòu)的化合物——β-C3N4可能具有超過金剛石的硬度,此說立即引起國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注,。1993年Niu首先宣布用激光燒蝕法獲得β-C3N4薄膜,,隨后研究人員用電子回旋共振—化學(xué)氣相沉積(ECR—CVD)、熱絲CVD,、反應(yīng)磁控濺射等方法成功地合成了氮化碳膜,。2 n* R9 \5 Y2 {0 O; l( B- e& _7 c

' e. s, m5 i% Y& o    武漢大學(xué)自1994年起研究氮化碳的合成方法。先后用射頻CVD,、磁控濺射等方法成功合成了氮化碳薄膜,,并研究了氮化碳薄膜在高速鋼上的鍍膜工藝。試驗(yàn)證明,,鍍有氮化碳的鉆頭比未涂層鉆頭壽命提高25倍,,比鍍氮化鈦的鉆頭壽命提高3倍。由于氮化碳的超硬性,、較好的熱穩(wěn)定性和與Fe元素的低親和性,,使氮化碳涂層刀具具有硬度高、抗磨損能力和熱穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn),,成為較理想的干式切削刀具,。本文就武漢大學(xué)制備的YT15基體的氮化碳涂層車刀進(jìn)行干切削性能的研究。
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    1.氮化碳涂層刀具的特性6 c. \0 _$ g/ }( O% ]9 t1 F

) U& a" z3 a# v$ m9 X, N    硬質(zhì)面涂層刀具的兩個重要指標(biāo)為涂層的硬度和涂層的附著力,,而氮化碳涂層刀具的涂層硬度則是提高刀具壽命的關(guān)鍵,。表1為幾種材料硬度的比較,從表中可以看出,,氮化碳的硬度僅次于金剛石,,具有較大的優(yōu)勢,。武漢大學(xué)制備的YT15基體的氮化碳涂層車刀經(jīng)過中國科學(xué)院蘭州物理所及大連理工大學(xué)材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的劃痕試驗(yàn),涂層的顯微硬度高達(dá)HV=72.04GPa,,涂層的附著力LC=30.87~52.14N,,達(dá)到JB/T8365—96的規(guī)定。
8 r. ]. g( f0 j1 W6 F3 q2 p; b9 V
    表1.各種材料的硬度比較1 x/ c: b* E: @- z% t
    高速鋼-硬質(zhì)合金" [) r4 w. c! w. W* J7 M' [
    HRC62~66-HRC74~81/ X. J+ I& u; s9 D
    高速鋼-硬質(zhì)合金-TiN-立方氮化硼-金剛石-氮化碳
- a5 {3 }+ p1 @, ^0 @$ l! Z    HV8~9-HV13~18-HV21-HV47-HV800-HV50: i, _( W0 i7 B1 H

( Y6 O/ ^  U3 I    2.氮化碳涂層刀具的切削加工性能
* g+ v& r2 ^0 [0 p" g
5 f" k2 r) w  B' V    氮化碳涂層特殊的化學(xué),、物理性能決定了其優(yōu)良的切削性能,。下面以硅鋁合金及淬火態(tài)45鋼的切削加工為例,研究其加工性能和刀具的磨損規(guī)律,。
: t" }0 C1 [6 `& y8 O# X
$ @  k1 {+ r& B6 z. P5 y    2.1 氮化碳涂層刀具干切削硅鋁合金( y' B2 @# L" M' \1 ?( |3 p8 N# J7 ?# O
' a! i  I" r% c( S. V2 v
    試驗(yàn)條件為干式切削,,被加工工件為汽車活塞,材料為共晶鋁硅合金(代號ZL108,,牌號ZALSi12Cu2Mg1),,對比刀具為金剛石涂層刀具及YG6硬質(zhì)合金刀具。切削參數(shù)為Vc=400m/min,,ap=0.4mm,,f=0.1mm/r,試驗(yàn)指標(biāo)為表面粗糙度Ra值和刀具壽命,。試驗(yàn)結(jié)果:(1)表面粗糙度:金剛石涂層為Ra=0.64,,氮化碳涂層為Ra=0.78,YG6硬質(zhì)合金為Ra=0.90,;(2)氮化碳涂層刀具的壽命和金剛石涂層相當(dāng),,是YG6硬質(zhì)合金的10倍以上。
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發(fā)表于 2010-4-1 16:20:56 | 只看該作者
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