CVD金刚石涂层刀具在石材铣削中的磨损特性研究

为了揭示CVD金刚石薄膜涂层刀具在硬脆材料切削中的刀具切削性能与磨损机理,利用不同沉积参数下的金刚石涂层刀具对天然石材进行了高效铣削实验。针对金刚石涂层刀具和未涂层硬质合金刀具的磨损周期和切削性能,分析刀具切削力和工件表面粗糙度随后刀面磨损面积的变化规律,总结刀具磨损机理。实验结果表明:金刚石涂层刀具切削寿命高于未涂层硬质合金刀具;金刚石刀具的磨损周期可以分为初始磨损区、稳定磨损区和加剧磨损区3个阶段,其中甲烷浓度为1%的金刚石涂层刀具寿命较长,切削性能稳定;金刚石涂层刀具的磨损机理主要包括裂纹作用下的涂层剥落、涂层内部晶间断裂和粘结磨损,其中裂纹作用下的膜-基涂层剥落磨损为刀具失效的主要磨损机制。     

不同弧电流对AlCrBN涂层结构和性能的影响

目的 提高涂层刀具在高速工况下的切削寿命。方法 利用电弧离子镀技术在高速钢试样块和刀具表面制备不同弧电流（60、80、100 A）的AlCrBN涂层。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、轮廓仪、洛氏压痕仪、划痕仪、显微硬度计、球盘摩擦磨损试验仪和切削试验对涂层的微观结构和性能进行研究分析。结果 AlCrBN涂层的物相成分为固溶的fcc-(Cr,Al)N相以及少量的CrB2和fcc-BN相。随着AlCrB靶弧电流由60 A增至100 A,表面粗糙度Sq值由197 nm增至208 nm,Sa值由107 nm增至113 nm;显微硬度由3574HK0.05先增至3890HK0.05,再降至3209HK0.05;结合强度Lc2由57 N增至63 N,再降至55 N,均呈现先增后减的趋势。不同弧电流制备的AlCrBN涂层的磨损率依次为0.69×10-15、0.38×10-15、0.84× 10-15 m3/(N?m),涂层的磨损机理均为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。切削结果显示,AlCrBN涂层刀具在切削速度VC为60 m/min和191 m/min条件下的切削寿命均高于AlCrN涂层刀具,且80 A条件下制备的AlCrBN涂层刀具切削寿命均最长,分别为9 m和6 m。切削速度60 m/min条件下的磨损机理：初期为磨粒磨损,中期为磨粒磨损和粘着磨损,后期为粘着磨损。切削速度191 m/min条件下的磨损机理：初期和中期为磨粒磨损和粘着磨损,后期为粘着磨损。结论 AlCrBN涂层刀具与AlCrN涂层刀具相比,切削性能更加优越,并且80 A条件下制备的AlCrBN涂层的综合性能最优。     

氧掺杂对MT-TiCN涂层结构和性能的影响

在现有MT-TiCN涂层的CVD制备气氛体系中,通过掺入不同比例的CO气体对MT-TiCN涂层进行氧掺杂处理。采用SEM、EDX、XRD、纳米压痕仪等分析涂层的形貌结构、沉积速率、粒径及成分组成、取向织构、纳米硬度等;采用切削实验测试涂层硬质合金刀片的切削性能,综合分析氧掺杂对MT-TiCN涂层结构和性能的影响。结果表明:涂层中的氧含量随CO掺入比例的提高而增加;氧掺杂导致了涂层细晶纤维状结构的形成,且晶粒尺寸随氧含量的增加而减小;CO掺入比例提高对涂层的沉积速率没有影响;涂层均表现出(422)择优生长取向,但氧掺杂促进了涂层向最密排晶面(111)生长,使涂层的硬度增加;单层氧掺杂MT-TiCN涂层切削刀片的抗磨粒磨损性能降低,但在磨损形式以正常粘附磨损为主的高速切削中,具有超细晶结构及高硬度的氧掺杂MT-TiCN涂层切削刀片及其复合了Al2O3涂层的多层涂层切削刀片均体现出了较好的耐磨性能。     

基于计算机数值模拟的TiAlSiN涂层刀具切削性能研究

为研究TiAlSiN涂层对硬质合金刀具切削性能的影响,采用DEFORM-3D有限元分析软件进行切削仿真试验,模拟了TiAlSiN涂层与未涂层硬质合金刀具在相同切削条件下切削钛合金时的切削温度、切削力;并比较了不同膜厚的TiAlSiN涂层对刀具切削性能的影响。试验结果表明:TiAlSiN涂层具有低的摩擦系数,可以有效地减小切削力,3μm的TiAlSiN涂层刀具比未涂层刀具以及厚度为6μm的涂层刀具切削力小,但切削温度最高;6μm厚的刀具涂层切削温度最低,但切削力较大。     

TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN多层涂层的摩擦磨损性能

采用化学气相沉积(CVD)技术在硬质合金表面沉积TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN多层涂层,并对其进行微喷砂处理.采用扫描电镜(SEM)表征涂层的组织结构,利用显微硬度计、纳米压痕仪、划痕测试仪和往复式摩擦磨损实验机(UMT-3)测试涂层的硬度、结合强度和摩擦磨损性能,并与TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN涂层进行比较.结果 表明:TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层的磨损机理主要包括磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损和疲劳磨损.相比于摩擦1h,TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层摩擦2h,剥落增多,且磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损加剧,磨损率增加了33.3％;摩擦3h,涂层磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损进一步加剧,但剥落减轻,磨损率较摩擦2h略有降低.摩擦1h,TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层的摩擦系数(0.33)比TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN涂层(0.39)低;尽管TiN/MT-TiCN/Al2O3/ZrCN涂层韧性好,疲劳磨损较轻,但磨粒磨损严重,且存在明显剥落,磨损率高,耐磨性较差.     

高速钢钻头电火花沉积 Ti( C, N) /Al2O3 复合涂层的组织及切 削性能

目的在高速钢钻头表面电火花沉积Ti(C,N)/Al2O3复合涂层,以提高其切削性能。方法利用电火花沉积技术,以Ti(C,N)/Al2O3作为电极材料,在高速钢钻头表面制备Ti(C,N)/Al2O3涂层,考察涂层的物相组成、组织形貌及横截面硬度分布,并进行切削试验。结果涂层组织均匀,厚度约32~36μm,物相主要为C0.3N0.7Ti,Al2O3,AlTi3,Fe7W6,Fe4N,TiN和AlN,平均硬度是基体高速钢的2.6倍。结论在高速钢钻头表面制备Ti(C,N)/Al2O3涂层可以提高刀具的切削性能,延长其使用寿命。     

多弧离子镀TiAlSiN梯度涂层制备及切削性能

针对含Si超硬涂层与基体结合强度不足,切削过程中涂层易发生剥落从而导致涂层刀具切削性能低的问题,采用离子源增强的多弧离子镀技术在硬质合金刀具上制备了不同含Si层梯度结构的TiAlSiN梯度涂层。利用XRD、SEM、OM以及切削试验探讨不同含Si层梯度结构对涂层物相、表面形貌、膜基结合强度、摩擦磨损以及切削性能的影响。结果显示：不同含Si层梯度结构的TiAlSiN涂层主要由固溶的（Ti,Al） N和（Al,Ti） N相组成。其中,低Si直接过渡的TiAlSiN涂层（S3）呈现出较高的硬度、良好的膜基结合力、较低的涂层残余应力和摩擦因数。铣削结果显示,涂层刀具的切削磨损机理主要表现为粘着磨损。当切削速度为80 m/min时,低Si过渡涂层（S3涂层）表现出更高的切削长度（925 m）,显著高于S1涂层的525 m;当切削速度由80 m/min增加至110 m/min时,S3涂层切削长度增加到1650 m。对含Si刀具涂层进行梯度设计,可有效提高涂层的膜-基结合强度和涂层刀具的切削性能。     

PVD涂层刀具高速铣削CoCrMo合金的性能研究

目的为了提高涂层硬质合金刀具的切削性能,研究了物理气相沉积PVD法制备的涂层硬质合金铣刀在高速干式环境下的铣削性能。方法采用阴极电弧技术制备了TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层硬质合金铣刀刀头,通过一同沉积涂层的硬质合金圆片,间接测量得出涂层的显微硬度、厚度和平均摩擦系数,并以CoCrMo合金为切削对象,进行了PVD涂层与无涂层刀具高速铣削下的对比试验。结果TiAlSiN显微硬度最高达3800HV,摩擦系数达0.3,TiAlN涂层平均膜厚为2μm,间接测得TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层的结合力依次为60、58、42N。在三者的切削性能中,TiAlSiN涂层的切削性能比TiAlN和TiN涂层的好,同等切削参数时,TiN刀具的高速铣削时间最短,TiAlSiN涂层的平均磨损值为0.1895,TiN的平均磨损值为0.3047。结论涂层中添加Al、Si,极大地提高了刀具的使用性能,改善了刀具切削过程中的耐磨性、红硬性,极大地延长了刀具的使用寿命。TiAlSiN涂层的硬度高,耐磨损性好,切削性能好,适合高速铣削加工。     

TiAlSiN涂层刀具高速干车削钛合金磨损机理研究北大核心

TiAlSiN涂层硬质合金刀具材料力学性能较好,探究了TiAlSiN涂层刀具高速干切削钛合金的磨损机理,为改善刀具切削性能、提高加工效率提供指导。采用TiAlSiN涂层硬质合金刀具对TC4钛合金进行高速干车削试验,研究两种切削速度(v=80、120 m/min)下刀具的磨损机理。结果表明:TiAlSiN涂层刀具前刀面主要磨损机理为粘结磨损和氧化磨损,在高速时(v=120 m/min)还存在扩散磨损;TiAlSiN涂层刀具后刀面主要磨损机理为粘结磨损、氧化磨损和磨粒磨损;刀具在v=80 m/min时切削效果更好,切削速度越高,刀具磨损越严重。     

切削Inconel718时新型陶瓷刀具JX-2-Ⅰ的切削性能研究

JX－2－Ⅰ是最新研制的碳化硅晶须（SiCw）增韧和碳化硅颗粒（SiCp）弥散增强氧化铝（Al2O3）新型陶瓷刀具。本文详细研究了该刀具加工Inconel718时的切削性能，结果表明，在低速干切时的刀具抗磨损能力为YG8＞JX－2－Ⅰ＞JX－1＞JX－2－Ⅱ；在105m／min的高速湿式切削时，JX－2－Ⅰ的切削性能与JX－1差不多，但是在42m／min的速度时JX－2－Ⅰ的切削性能好于JX－1（Al2O3＋SiCw）。同时发现在用JX－2－Ⅰ中高速切削Inconel718时必须使用冷却液。由于切削温度对工件材料加工硬化的影响，以及对工件材料高温强度屈服拐点的影响而存在一个切削速度的最佳选取范围。SEM分析表明，刀具磨损的主要形式是后刀面磨损、边界磨损、切深沟槽磨损和前刀面月牙洼磨损；刀具磨损的主要机理是粘结磨损、磨粒磨损和塑性变形磨损。     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

Prospects of the Use of Synergetic Approach to Solution of Problems of the Science of Nanomaterials

A synergetic approach to solution of problems of self-controlled synthesis of nanostructures and creation of self-organizing nanotechnologies is considered in connection with the superproblem of creation of materials with functional properties resembling those of biosystems. __________ Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 7, pp. 55 – 61, July, 2005.     

Kinetics of the oxidation of metals — Influence of self-diffusion of metal

The importance of the self-diffusion of a metal during its oxidation by a gas is treated for the cases of nonstoichiometric oxides having either interstitial cation or cation vacancies. We have established a general relationship for the reaction rate when a mixed diffusion process occurs. From this relationship, we have shown that the pressure dependence can be different, according to whether the rate-determining process is the self-diffusion through the metal or through the product.     

Ab-initio calculation of enthalpies of formation of intermetallic compounds and enthalpies of mixing of solid solutions

A large number of ab-initio calculations of energies of formation of intermetallic compounds have been performed in the last 15 years. The currently used methods are listed. The paper presents a review of the aluminium based compounds which have been studied. Comparisons of calculated and experimental enthalpies of formation are provided for aluminim-3d and-4d transition metal alloys at equiatomic composition. The modelling of the enthalpies of mixing of solid solutions based on a given lattice is described.