TiN/Al2O3/TiCN和Al2O3/TiCN涂层刀具湿式微喷砂后处理工艺

摘要

化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）刀具涂层具有硬度高、耐磨性好和耐热性强等特点，是先进刀具技术的重要发展方向。面对难加工材料和难加工构件实现高效精密加工的需求，涂层刀具仍需进一步提升切削性能。微喷砂后处理工艺作为一种表面改性手段，具有加工效率高、成本低等优势，可有效降低涂层刀具粗糙度、增加刀具耐磨性。以化学气相沉积TiN/Al2O3/TiCN和Al2O3/TiCN涂层刀具为研究对象，开展湿式微喷砂后处理试验，研究喷砂时间、磨料种类和磨料直径等微喷砂工艺参数对涂层刀具几何形貌、力学性能和寿命的影响规律。基于准静态压痕理论，分析不同类型涂层对微喷砂工艺参数的响应特征。对微喷砂处理前后的涂层刀具进行面铣刀具寿命试验，综合评估湿式微喷砂后处理工艺对CVD涂层刀具的强化效果，优选提升刀具寿命的微喷砂工艺参数组合。
　　首先，搭建微喷砂后处理工艺试验平台，选取喷砂时间、磨料种类和直径等作为工艺参数变量，选择TiN/Al2O3/TiCN和Al2O3/TiCN等典型CVD涂层进行微喷砂后处理试验。对微喷砂前后CVD涂层刀具的几何形貌进行观察发现，微喷砂后处理可减小刀具涂层表面粗糙度，去除Al2O3/TiCN涂层表面的大颗粒缺陷。Al2O3/TiCN刀具涂层被粗白刚玉磨料微喷砂处理60s后，表面粗糙度由0.178μm降低至0.082μm。TiN/Al2O3/TiCN刀具涂层使用白刚玉磨料微喷砂处理后，最外侧的TiN涂层易产生裂纹甚至涂层剥落，不适宜通过微喷砂后处理强化。Al2O3/TiCN刀具涂层经微喷砂处理后表面更为光滑，无裂纹等缺陷产生。
　　然后，选取残余应力、摩擦磨损性能和抗多次冲击性能等力学性能指标，分析不同微喷砂工艺参数对刀具涂层力学性能的影响规律。经湿式微喷砂处理后，TiN/Al2O3/TiCN和Al2O3/TiCN涂层内残余应力分布水平有效提升，Al2O3/TiCN刀具涂层磨损率降低，微喷砂对涂层抗多次冲击性能无明显影响。力学性能测试相对于刀具寿命试验更为便捷，测试结果有助于进一步理解湿式微喷砂后处理工艺对涂层刀具的影响规律，为优选微喷砂工艺参数提供参考。
　　最后，在湿式微喷砂后处理工艺对CVD涂层刀具几何形貌和力学性能影响的研究基础上，进行铣削寿命试验，分析微喷砂前后Al2O3/TiCN涂层刀具的磨损情况，综合评估湿式微喷砂后处理工艺对涂层刀具的强化效果。微喷砂后处理可有效提升Al2O3/TiCN涂层刀具寿命，其中，球状氧化锆磨料和较长喷砂时间的喷砂工艺参数组合最有利于提升Al2O3/TiCN涂层刀具寿命。经氧化锆磨料微喷砂处理60s后，Al2O3/TiCN涂层平均刀具寿命较喷砂前提升27.5％。微喷砂后处理工艺提升涂层刀具内残余应力分布水平和刀具寿命的趋势呈正相关。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 微喷砂后处理工艺

1．3 微喷砂后处理工艺对涂层刀具的影响

1．3．1 微喷砂后处理工艺对涂层刀具几何形貌的影响

1．3．2 微喷砂后处理工艺对涂层刀具力学性能的影响

1．3．3 微喷砂后处理工艺对涂层刀具切削性能的影响

1．4 微喷砂后处理工艺对涂层刀具影响机理研究

1．4．2 微喷砂处理材料的强化机理

1．4 存在问题和研究内容

1．4．1 存在问题

1．4．2 研究目标和内容

第2章 湿式微喷砂对CVD涂层刀具几何形貌影响的试验研究

2．2 微喷砂试验设备和工艺参数

2．2．1 湿式微喷砂设备

2．2．2 微喷砂磨料

2．2．3 微喷砂工艺参数

2．1 CVD涂层刀具选择和CVD刀具涂层试样制备

2．1．1 试样基体

2．1．2 涂层制备

2．3 湿式微喷砂对涂层刀具几何形貌的影响规律

2．3．1 湿式微喷砂对涂层刀具表面形貌的影响

2．3．2 湿式微喷砂对涂层刀具表面粗糙度的影响

2．3．3 湿式微喷砂对涂层刀具大颗粒缺陷的影响

2．4 本章小结

第3章 湿式微喷砂对CVD涂层刀具力学性能影响规律研究

3．1 微喷砂后处理工艺对涂层刀具残余应力的影响

3．1．1 涂层刀具残余应力测试方法

3．1．2 微喷砂后处理对涂层刀具残余应力的影响

3．2 微喷砂后处理工艺对涂层刀具摩擦磨损性能的影响

3．2．1 涂层刀具摩擦磨损性能测试

3．2．2 徼喷砂后处理对涂层刀具摩擦磨损性能影响的实验研究

3．3 涂层刀具抗多次冲击性能

3．3．1 涂层刀具抗多次冲击性能评价

3．3．2 涂层抗多次冲击性能测试

3．3．3 微喷砂后处理对涂层刀具抗多次冲击性能的影响规律

3．4 本章小结

第4章 湿式微喷砂后处理对涂层刀具切削性能的影响规律

4．1 切削试验材料及试验方法

4．1．1 面铣试验条件和方案

4．1．2 试验结果

4．2 微喷砂后处理涂层刀具的切削性能

4．2．1 微喷砂后处理对涂层刀具刃口半径和表面粗糙度的影响

4．2．2 微喷砂处理后涂层刀具面铣42CrMo合金钢的寿命和磨损机理研究

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

攻读硕士期间所发表的论文

致谢