WS 2 -WS 2 /Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的制备及其性能研究
发布时间：2024-05-09 03:37
本文将硬涂层的耐磨性和软涂层的减摩性有机结合,提出了软硬复合涂层刀具的设计思路,通过对硬涂层和软涂层制备关键技术的研究,开发出了WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具,系统地研究了该软硬复合涂层刀具的微观结构、物理机械性能、摩擦磨损特性以及切削性能,分析并揭示了其减摩与抗磨机理。在对界面结合特点分析的基础上,提出了软硬复合涂层的设计原则,确定了软硬复合涂层的材料体系：硬涂层材料为具有高硬度和高耐磨性的TiSiN,软涂层材料为具有良好减摩性的WS2。运用吉布斯自由能函数法和有限元法对软硬复合涂层刀具的物理相容性和化学相容性进行了分析,结果表明：YT15和YS8硬质合金材料与TiSiN层间残余热应力较低,匹配性好；TiSiN层与基体间Ti-TiN结构的过渡层,可避免结合界面硅化物的生成,同时又可降低涂层的残余热应力；TiSiN层与WS2层间WS2/Ti复合层的存在有利于提高WS2层的结合力。最终,涂层结构的设计为：WS2-WS2/Ti-TiSiN-基体。采用多弧离子镀和中频磁控溅射共沉积技术在硬质合金基体上沉积了TiSiN硬涂层,研究了不同工艺参数对涂层性能影响。结果表明：TiS...
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
1.2 涂层刀具的研究现状
1.2.1 硬涂层刀具的研究现状
1.2.2 软涂层刀具的研究现状
1.3 软硬复合涂层刀具的研究现状
1.4 本课题主要研究内容
第2章 软硬复合涂层刀具材料的匹配研究
2.1 软硬复合涂层的概念和设计原则
2.1.1 涂层-基体的界面与结合
2.1.2 影响涂层-基体界面结合的因素
2.1.3 软硬复合涂层设计原则
2.2 软硬复合涂层刀具的化学物理相容性分析
2.2.1 化学相容性分析
2.2.2 物理相容性分析
2.3 涂层刀具材料体系的确定
2.3.1 硬涂层材料的确定
2.3.2 软涂层材料的确定
2.3.3 基体材料的确定
2.4 基体与TiSiN硬涂层间的结构设计
2.4.1 过渡层材料的初选
2.4.2 化学相容性分析结果
2.4.3 物理相容性分析结果
2.5 TiSiN硬涂层与WS2软涂层间的结构设计
2.5.1 过渡层材料的初选
2.5.2 化学相容性分析结果
2.5.3 物理相容性分析结果
2.6 软硬复合涂层的结构
2.7 本章小结
第3章 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的制备关键技术研究
3.1 软硬复合涂层的制备方法
3.2 涂层性能的检测方法
3.2.1 显微硬度
3.2.2 结合力
3.2.3 微观结构
3.2.4 厚度及沉积速率
3.3 TiSiN硬涂层制备工艺参数的优化
3.3.1 Si靶电流对TiSiN硬涂层性能的影响
3.3.2 Ti靶电流对TiSiN硬涂层性能的影响
3.3.3 氮气流量对TiSiN硬涂层性能的影响
3.3.4 脉冲偏压对TiSiN硬涂层性能的影响
3.3.5 边缘效应
3.4 WS2软涂层制备工艺参数的优化
3.4.1 沉积温度对WS2软涂层性能的影响
3.4.2 靶电流对WS2软涂层性能的影响
3.4.3 沉积时间对WS2软涂层性能的影响
3.5 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的制备及其结构、机械性能分析
3.5.1 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的制备工艺
3.5.2 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的微观结构
3.5.3 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的物理机械性能
3.6 本章小结
第4章 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的摩擦磨损特性研究
4.1 试验方案
4.1.1 试样制备
4.1.2 试验方案
4.2 不同摩擦速度下软硬复合涂层的摩擦磨损特性
4.3 不同载荷下软硬复合涂层的摩擦磨损特性
4.4 软硬复合涂层的磨损形貌及磨损机理
4.5 本章小结
第5章 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的切削性能研究
5.1 试验方法
5.2 软硬复合涂层刀具的切削性能研究
5.2.1 切削力
5.2.2 前刀面刀-屑摩擦系数
5.2.3 切削温度
5.2.4 已加工表面粗糙度
5.3 刀具磨损形貌及磨损机理
5.3.1 前刀面磨损
5.3.2 后刀面磨损
5.3.3 讨论
5.4 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的减摩及抗磨机理
5.4.1 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的减摩机理
5.4.2 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的抗磨机理
5.5 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文与获得的奖励
英文论文
附件
本文编号：3968263
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
1.2 涂层刀具的研究现状
1.2.1 硬涂层刀具的研究现状
1.2.2 软涂层刀具的研究现状
1.3 软硬复合涂层刀具的研究现状
1.4 本课题主要研究内容
第2章 软硬复合涂层刀具材料的匹配研究
2.1 软硬复合涂层的概念和设计原则
2.1.1 涂层-基体的界面与结合
2.1.2 影响涂层-基体界面结合的因素
2.1.3 软硬复合涂层设计原则
2.2 软硬复合涂层刀具的化学物理相容性分析
2.2.1 化学相容性分析
2.2.2 物理相容性分析
2.3 涂层刀具材料体系的确定
2.3.1 硬涂层材料的确定
2.3.2 软涂层材料的确定
2.3.3 基体材料的确定
2.4 基体与TiSiN硬涂层间的结构设计
2.4.1 过渡层材料的初选
2.4.2 化学相容性分析结果
2.4.3 物理相容性分析结果
2.5 TiSiN硬涂层与WS2软涂层间的结构设计
2.5.1 过渡层材料的初选
2.5.2 化学相容性分析结果
2.5.3 物理相容性分析结果
2.6 软硬复合涂层的结构
2.7 本章小结
第3章 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的制备关键技术研究
3.1 软硬复合涂层的制备方法
3.2 涂层性能的检测方法
3.2.1 显微硬度
3.2.2 结合力
3.2.3 微观结构
3.2.4 厚度及沉积速率
3.3 TiSiN硬涂层制备工艺参数的优化
3.3.1 Si靶电流对TiSiN硬涂层性能的影响
3.3.2 Ti靶电流对TiSiN硬涂层性能的影响
3.3.3 氮气流量对TiSiN硬涂层性能的影响
3.3.4 脉冲偏压对TiSiN硬涂层性能的影响
3.3.5 边缘效应
3.4 WS2软涂层制备工艺参数的优化
3.4.1 沉积温度对WS2软涂层性能的影响
3.4.2 靶电流对WS2软涂层性能的影响
3.4.3 沉积时间对WS2软涂层性能的影响
3.5 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的制备及其结构、机械性能分析
3.5.1 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的制备工艺
3.5.2 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的微观结构
3.5.3 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的物理机械性能
3.6 本章小结
第4章 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层的摩擦磨损特性研究
4.1 试验方案
4.1.1 试样制备
4.1.2 试验方案
4.2 不同摩擦速度下软硬复合涂层的摩擦磨损特性
4.3 不同载荷下软硬复合涂层的摩擦磨损特性
4.4 软硬复合涂层的磨损形貌及磨损机理
4.5 本章小结
第5章 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的切削性能研究
5.1 试验方法
5.2 软硬复合涂层刀具的切削性能研究
5.2.1 切削力
5.2.2 前刀面刀-屑摩擦系数
5.2.3 切削温度
5.2.4 已加工表面粗糙度
5.3 刀具磨损形貌及磨损机理
5.3.1 前刀面磨损
5.3.2 后刀面磨损
5.3.3 讨论
5.4 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的减摩及抗磨机理
5.4.1 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的减摩机理
5.4.2 WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具的抗磨机理
5.5 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文与获得的奖励
英文论文
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本文编号：3968263
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