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难加工材料高速切削用PVD刀具涂层制备和应用技术

王启民  王成勇  
【摘要】:现代硬质涂层的发展趋于多元化、纳米化和多层化,如在TiN、CrN等涂层里加入一些C、Al、Zr等元素形成固溶强化涂层,提高涂层的硬度、耐磨性和抗氧化性;加入Si、B元素在涂层中生成包含纳米相和非晶相的纳米复合涂层,如Me-Si-N(Me=Ti,TiAl等);或者制备纳米层状或超晶格涂层,如TiN/AlN纳米多层涂层等;通过梯度或多层的涂层设计提高涂层对基体的结合力、涂层韧性和抗裂纹扩展能力,实现各层所具有的复合功能等。伴随涂层材料的发展,新型涂层技术层出不穷,电弧离子镀、磁控溅射技术是刀具涂层的主流技术,高功率脉冲磁控溅射技术和复合离子镀技术在刀具涂层制备方面显示出性能优势。但目前的研究多集中于高速加工工艺和机理,或涂层的附着强度、硬度、摩擦系数、热稳定性和氧化抗力等涂层的静态性能:刀具涂层在应用于难加工材料的高速切削时,刀具切削行为与难加工材料性能、涂层的静态性能、切削加工参数之间的关系,是刀具涂层成功应用的关键。本报告将简要介绍本课题组针对汽车、模具、医疗器械以及3C精密零部件用淬硬模具钢、冷硬铸铁、医用不锈钢、陶瓷复合材料、非晶合金等难加工材料高速切削加工特点,以TiSiN基和AlCrN基多元多层纳米复合涂层、超强韧碳基涂层为基础,研究高速硬铣削加工各类难加工材料的系列高性能涂层刀具的工作。提出多层多元纳米复合结构涂层的设计方法、新型复合PVD刀具涂层技术,以及研究难加工材料-涂层刀具材料-涂层刀具结构-涂层微观结构-涂层宏观物理力学化学性能-涂层切削摩擦学性能-涂层刀具后处理-加工工艺-刀具寿命-加工质量之间跨尺度关联关系的涂层刀具研究方法。分析未来PVD涂层刀具的发展方向和新思路。

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