PVD涂層陶瓷刀具切削灰鑄鐵的性能研究.pdf

1、在現(xiàn)代高速、高效加工技術(shù)迅速發(fā)展下，陶瓷材料（主要分為氧化鋁基和氮化硅基陶瓷材料）以其優(yōu)異的耐磨性和穩(wěn)定的高溫性能成為當(dāng)世紀(jì)最有應(yīng)用前景的刀具材料之一，但目前仍有一些技術(shù)難點(diǎn)限制著陶瓷刀具材料在高速加工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。氧化鋁陶瓷材料的強(qiáng)度與抗熱震性較弱，在切削沖擊下容易崩刃甚至碎裂;而氮化硅陶瓷材料易與工件中的Fe發(fā)生親和，在切削高溫下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使刀具化學(xué)穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致刀具急劇磨損。
　　隨著硬質(zhì)涂層技術(shù)的發(fā)展，在刀具表面沉

2、積一層硬質(zhì)、耐磨或者化學(xué)性能穩(wěn)定的涂層，成為一種有效改善刀具切削性能的途徑。其中，物理氣相沉積(PVD)法制備涂層時(shí)，工藝溫度要求低，且無(wú)污染物排放，是一種環(huán)境友好科學(xué)技術(shù)。而且該法所沉積的涂層還具有高硬度、低摩擦系數(shù)、優(yōu)異的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，應(yīng)用在陶瓷刀具上可與基體材料性能互補(bǔ)，大幅度提高陶瓷刀具的切削性能與使用壽命。
　　為了研究PVD涂層陶瓷刀具的切削性能，本課題在采用物理氣相沉積中陰極電弧蒸發(fā)鍍(PVD-CAE)工

3、藝在氧化鋁刀具表面沉積TiN、TiSiN涂層，在氮化硅刀具表面沉積TiAlN、TiAlSiN涂層和CrAlN、TiAlN涂層。采用掃描電鏡(SEM)測(cè)量觀察涂層微觀結(jié)構(gòu)與厚度，分別采用顯微硬度計(jì)和劃痕儀表征涂層的結(jié)合強(qiáng)度與表面硬度。并結(jié)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能，通過(guò)切削灰鑄鐵實(shí)驗(yàn)研究多種PVD涂層陶瓷刀具的切削性能和磨損機(jī)理。本課題還以CrAlN、TiAlN涂層氮化硅刀具為研究對(duì)象，分析不同切削方式與切削速度對(duì)PVD涂層陶瓷刀具切削壽

4、命、磨損機(jī)理和刀具加工質(zhì)量的影響。
　　結(jié)果表明：
　　1)采用PVD法沉積在陶瓷刀具表面的涂層結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合良好，均能有效提高刀具的表面硬度，從而提高刀具的切削壽命。
　　2) TiN、TiSiN涂層和無(wú)涂層氧化鋁刀具切削灰鑄鐵的磨損機(jī)制主要是磨粒磨損，無(wú)涂層刀具還會(huì)出現(xiàn)微崩刃。TiAlSiN涂層和無(wú)涂層氮化硅刀具切削灰鑄鐵過(guò)程中主要的磨損機(jī)制為磨粒磨損和少量的粘結(jié)磨損。而TiAlN涂層氮化硅刀具切削灰鑄鐵時(shí)，

5、磨損初期主要發(fā)生磨粒磨損和少量粘結(jié)磨損，繼而出現(xiàn)嚴(yán)重的粘結(jié)磨損。
　　3)在連續(xù)車削過(guò)程中，PVD涂層氮化硅陶瓷刀具的切削壽命均隨著切削速度的增大而迅速減少，不同切削速度下PVD涂層陶瓷刀具切削灰鑄鐵的磨損機(jī)理無(wú)明顯區(qū)別。
　　4)在高速面銑過(guò)程中，PVD涂層氮化硅刀具的使用壽命先是隨著切削速度的增大而減少，當(dāng)切削速度上升到某一值后，則隨切削速度的上升而增加。不同切削速度下涂層刀具出現(xiàn)的磨損機(jī)理本質(zhì)相同，只是刀具的粘結(jié)磨損輕