基于渗硼过渡层的高速钢CVD金刚石涂层刀具制备基础研究

摘要

高速钢是目前应用最广泛的刀具材料之一，主要用于制造复杂形状刀具（如铣刀、钻头等）和成形刀具（如滚刀、拉刀等）。金刚石涂层能有效提高刀具的切削性能和使用寿命，然而由于高速钢中的Fe具有高的溶碳性、催生石墨相和高的热膨胀系数，直接在高速钢上沉积金刚石涂层非常困难。对高速钢表面改性形成一层过渡层，是一种降低Fe对金刚石沉积不利影响的有效方法。本文通过渗硼处理在高速钢基体表面形成改性层，研究基于渗硼过渡层的高速钢CVD金刚石涂层刀具制备技术。本文的主要研究工作和取得的成果如下：
　　1.开展了高速钢CVD金刚石涂层热应力研究，研究了沉积温度、冷却速度、涂层厚度以及渗硼层厚度对CVD金刚石涂层热应力的影响。结果显示较低的沉积温度、较小的冷却速度、较大的涂层厚度和较小的渗硼层厚度有利于CVD金刚石涂层应力降低。
　　2.采用渗硼表面改性的方法在高速钢上制备了一层Fe-B化合物的过渡层，检测结果表明过渡层主要含FeB与Fe2B，渗硼过渡层能够有效抑制Fe对金刚石生长的不利影响。采用HFCVD在渗硼高速钢上制备了CVD金刚石涂层，研究了沉积温度、甲烷浓度、气压和渗硼温度对CVD金刚石涂层的影响。获得了膜基结合性能较好的工艺参数，为高速钢CVD金刚石涂层铣刀的制备奠定了基础。
　　3.制备了高速钢CVD金刚石涂层铣刀，并通过切削实验初步验证了高速钢CVD金刚石涂层铣刀可用于切削高硅铝合金。

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注释表

第一章 绪论

1.1切削加工技术与刀具的发展

1.2高速钢涂层刀具的发展

1.3金刚石涂层刀具

1.4研究的意义和内容

第二章 高速钢金刚石涂层热应力研究

2.1引言

2.2金刚石涂层中的残余应力

2.3热应力的计算理论

2.4热应力有限元分析

2.5小结

第三章 高速钢基体预处理研究

3.1引言

3.3高速钢基体渗硼工艺

3.4渗硼过渡层上制备的金刚石涂层

3.5小结

第四章 高速钢基体金刚石涂层制备工艺

4.1引言

4.2 HFCVD金刚石的形核和生长

4.3金刚石涂层制备实验

4.4实验结果与分析

4.5小结

第五章 高速钢金刚石涂层立铣刀制备及切削实验

5.1引言

5.2高速钢立铣刀的渗硼预处理

5.3金刚石涂层铣刀制备

5.4切削实验研究

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文