基于激光沖擊TiAIN-WC膜基系統(tǒng)的應(yīng)力與界面結(jié)合特性研究.pdf

1、油套管是涉及石油天然氣開采利用與國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略產(chǎn)品。目前，國(guó)際通行的油套管管螺紋加工工藝是采用石油管螺紋梳刀成型加工，在其加工過程中，梳刀多齒同時(shí)切削，受力工況復(fù)雜，梳刀往往由于膜基界面應(yīng)力不匹配，容易發(fā)生涂層脫落現(xiàn)象，導(dǎo)致其使用壽命縮短，嚴(yán)重影響管螺紋加工質(zhì)量。因此，開展石油管螺紋梳刀膜基界面應(yīng)力匹配特性的研究具有重要意義。
　　本文針對(duì)成型加工過程中石油管螺紋梳刀膜基界面應(yīng)力不匹配的問題，提出利用激光沖擊波調(diào)控涂層刀具膜基

2、系統(tǒng)殘余應(yīng)力狀態(tài)的新方法。以WC硬質(zhì)合金為基體，TiAlN為涂層，通過激光沖擊波技術(shù)、XRD技術(shù)、激光離散劃痕法和壓痕法，開展激光沖擊調(diào)控TiAlN/WC膜基系統(tǒng)應(yīng)力匹配特性與界面結(jié)合強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先，開展了激光沖擊波技術(shù)調(diào)控WC硬質(zhì)合金殘余應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究。WC硬質(zhì)合金激光沖擊處理前后，采用洛式硬度計(jì)測(cè)量了基體硬度值，并用X射線衍射儀測(cè)量了基體三個(gè)方向的殘余應(yīng)力和衍射峰半高寬，通過二向應(yīng)力狀態(tài)解析法

3、推導(dǎo)的殘余主應(yīng)力計(jì)算公式，計(jì)算出基體殘余主應(yīng)力，分析了激光沖擊對(duì)基體殘余應(yīng)力、顯微硬度和衍射鋒半高寬的影響，以及在不同激光工藝參數(shù)作用下基體殘余應(yīng)力狀態(tài)的變化規(guī)律。研究表明:激光沖擊使WC硬質(zhì)合金殘余應(yīng)力和顯微硬度明顯增大，衍射鋒半高寬也增加，有效提高了WC硬質(zhì)合金力學(xué)性能，并且激光沖擊波技術(shù)能有效調(diào)控WC硬質(zhì)合金殘余應(yīng)力狀態(tài)。
　　其次，開展了刀具基體激光沖擊區(qū)域TiAlN涂層殘余應(yīng)力變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。用PVD法對(duì)不同工藝參數(shù)

4、激光沖擊的刀具基體進(jìn)行了TiAlN涂層制備，并用X射線衍射儀測(cè)量了涂層三個(gè)方向殘余應(yīng)力，根據(jù)主應(yīng)力公式計(jì)算出殘余主應(yīng)力，分析了涂層殘余主應(yīng)力與刀具基體殘余主應(yīng)力之間的關(guān)系。研究表明:TiAlN涂層殘余主應(yīng)力隨著刀具基體殘余主應(yīng)力的增大而減小，成一定的反比關(guān)系，激光沖擊處理刀具基體是降低TiAlN涂層殘余應(yīng)力的一種有效途徑。
　　最后，在激光沖擊調(diào)控膜基系統(tǒng)應(yīng)力狀態(tài)的基礎(chǔ)上，開展了TiAlN/WC膜基界面結(jié)合強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)比了激