针对绿色切削的CrCN-WS 2 软硬复合涂层刀具的设计制备及切削性能研究

发布时间：2025-06-24 02:39

　　本文针对于干切削加工中存在的切削摩擦环境恶劣、刀具易磨损等问题,提出将高硬度的CrN与摩擦性能良好的CrC结合,制备CrCN硬涂层,并将其与软涂层WS2结合,制备一种应用于干切削领域的CrCN-WS2软硬复合涂层刀具。根据CrCN-WS2软硬复合涂层刀具的设计理论以及制备工艺研究,制得面向绿色切削的CrCN-WS2软硬复合涂层刀具,并将其应用于干切削TC4钛合金和碳纤维增强复合材料,系统分析了涂层的制备工艺和涂层刀具的切削性能。根据涂层刀具的涂层残余热应力理论,通过残余热应力仿真实验,分析了不同过渡层材料和涂层厚度的残余热应力,并通过等效残余热应力云图分析了残余热应力的分布规律:最小残余热应力为单元体的轴线处,最大残余热应力集中在基底与过渡层的粘结处,确定出最佳的过渡层材料及厚度。本文所制备研究的CrCN-WS2软硬复合涂层刀具由基底至上依次为:过渡层Cr-0.4μm、硬涂层CrCN-1.8μm、软涂层WS2-0.8μm。通过对CrCN硬涂层的制备工艺进行研究,分析了CrCN硬涂层溅射沉积参数(功率、气体流量比、温度和气压)对所制备的CrCN涂层的厚度、硬度、结晶程度和表面形貌的影响,最...

【文章页数】：114 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 论文的研究背景和意义
    1.3 涂层刀具的分类及特点
        1.3.1 涂层的分类
        1.3.2 涂层的性能特点
    1.4 硬涂层刀具的国内外研究现状
    1.5 软涂层刀具的国内外研究现状
    1.6 课题的主要研究内容
    1.7 研究框架
第二章 CrCN-WS₂软硬复合涂层刀具的设计理论研究
    2.1 刀具基体的选择
    2.2 涂层材料的选择
        2.2.1 硬涂层的选择
        2.2.2 软涂层的选择
    2.3 涂层结构的设计
    2.4 CrCN-WS₂软硬复合涂层参数的确定
        2.4.1 涂层残余热应力的产生原因
        2.4.2 残余热应力的理论建模
        2.4.3 过渡层优选及涂层厚度确定
    2.5 本章小结
第三章 CrCN-WS₂软硬复合涂层刀具的制备工艺研究
    3.1 CrCN-WS₂软硬复合涂层刀具的制备工艺
        3.1.1 基体前处理
        3.1.2 涂层制备工艺
    3.2 CrCN-WS₂软硬复合涂层刀具的性能测试方法
        3.2.1 厚度测试
        3.2.2 硬度测试
        3.2.3 结合力测试
    3.3 涂层制备工艺参数优化
        3.3.1 制备工艺参数的优化试验设计
        3.3.2 溅射功率对涂层性能的影响
        3.3.3 氮气流量对涂层性能的影响
        3.3.4 沉积温度对涂层性能的影响
        3.3.5 沉积气压对涂层性能的影响
    3.4 CrCN-WS₂软硬复合涂层刀具的制备及其性能测定
        3.4.1 CrCN-WS₂软硬复合涂层刀具的制备
        3.4.2 CrCN-WS₂软硬复合涂层刀具的性能测定
    3.5 本章小结
第四章 CrCN-WS₂软硬复合涂层刀具的干切削性能研究
    4.1 切削试验方法
    4.2 车削Ti6Al4V钛合金试验
        4.2.1 切削力
        4.2.2 切削热
        4.2.3 平均摩擦系数
        4.2.4 粘结与磨损
        4.2.5 已加工表面粗糙度
        4.2.6 切屑形态
    4.3 车削碳纤维增强复合材料(CFRP)试验
        4.3.1 切削力
        4.3.2 切削热
        4.3.3 平均摩擦系数
        4.3.4 粘结与磨损
        4.3.5 切屑形态
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间科研成果及奖励



本文编号：4052371