含氢和无氢类金刚石涂层的制备及切削性能研究

摘要

为研究磁过滤阴极电弧沉积无氢类金刚石(Ta-C)涂层及气相沉积含氢类金刚石(含氢DLC)涂层的成分、结构及力学特性,以及两种涂层对刀具高速切削铝合金性能的影响。采用髙分辨率的显微镜观察膜层的表面形貌;Raman光谱分析sp2/sp3键角混乱度和sp2团簇信息,以及sp3-C/sp2-C的比例关系;纳米压痕仪测量膜层的硬度;高速铳削实验表征涂层刀具的切削性能并分析刀具的失效原因及工件的加工质量。结果表明,Ta-C涂层表面致密光滑,表面颗粒细小,无明显凹坑,Ta-C和含氢DLC涂层在Raman光谱中D峰和G峰强度比值Id/Ig分别为0.5和1.1。Ta-C及含氢DLC涂层厚度分别为0.7μm和1μm,摩擦系数分别是0.11和0.18,结合力分别满足工业等级HF1和HF2。在高速、干式切削铝合金条件下,Ta-C涂层铳刀的切削寿命是含氢DLC涂层铳刀的1.5倍,涂层铳刀加工工件的表面粗糙度整体为上升趋势,但Ta-C涂层刀具加工工件的表面粗糙度值较低。相较于含氢DLC涂层,磁过滤阴极电弧沉积Ta-C涂层刀具抑制铝合金材料粘附效果更佳,切削寿命更长,加工出的工件表面质量更好,因此更适用于铝合金的加工。