氮化碳涂層刀具干切削性能的研究

yangym1981

氮化碳涂層刀具干切削性能的研究

yangym1981

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(duì)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(shí)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。

4 s  u, l9 s: u: N; c    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(jì)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。
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    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。?

& e" ]+ h9 H* c2 Q    1．氮化碳涂層刀具的特性?
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    硬質(zhì)面涂層刀具的兩個(gè)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(shì)。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。

4 c+ C! w. {! ]4 N5 k) Y; ^6 }    表1.各種材料的硬度比較
    高速鋼－硬質(zhì)合金
    HRC62～66－HRC74～81
' R- h* O; _$ W9 \    高速鋼－硬質(zhì)合金－TiN－立方氮化硼－金剛石－氮化碳
+ X) V1 i1 \! _  r    HV8～9－HV13～18－HV21－HV47－HV800－HV50
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    2．氮化碳涂層刀具的切削加工性能?
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    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。?

    2．1 氮化碳涂層刀具干切削硅鋁合金?

. X' I+ `4 \( ^! [    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(hào)ZL108，牌號(hào)ZALSi12Cu2Mg1），對(duì)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。?

伊瓦卡

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