硬质合金刀具tin-ticn-al2o3-tin多层复合涂层制备和组织性能的分析.pdf

摘要 涂层刀具结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、离耐磨性的优点，适用 于高速度、高精度的自动化加工。涂层刀具在高速切削领域有巨大的发展潜力和 广阔的应用前景，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。本文以 热力学、流体力学以及沉积动力学，多层复合涂层的微观结构，元素在多层复合 涂层中的扩散行为，残余应力分布，界面结合力以及抗氧化行为进行了详细深入 的研究，得到以下几方面的结论： 计算了各子涂层的吉布斯自由能与温度的关系，计算了料盘内流体力学特征参数 体力学及动力学研究为涂层制备的工艺参数设计提供了指导。 射电镜、能谱仪以及二次离子质谱仪详细研究了多层复合涂层中各予涂层的微观 结构；研究结果表明，TiN过渡层在WC晶粒上主要以夕}延生长为主，而在Co 晶粒上主要以形核生长为主；设计与制备了C、N含量呈梯度分布的MT-TiCN 状多晶体结构生长。 3)探讨了基体和涂层组成元素在基体，多层复合涂层界面处的扩散行为。基 体中的Co在涂层中主要沿晶界扩散，而W在涂层中的扩散由沿晶界扩散和体 扩散两种方式组成，其在涂层中的扩散距离更大；探讨了n、趟元素在 散距离均很短或不扩散。 断裂能、涂层产生裂纹的临界厚度、l晦界开裂应力和临界温度；利用X射线应 力仪测试了样品中的残余应力；研究结果表明，基体和涂层闻细小的热膨胀率差 别会在涂层中形成较大的热应力；提高基体的韧性以及提高涂层的断裂能是提高 堡圭堂垡笙塞 摘要 一一一 ：：：： —————————————————————————————————————————一一一一一 涂层开裂临界厚度、临界开裂应力、箍界开裂湿度的主要途径；探讨了涂层开裂 时残余应力的释放，研究发现，喷砂和喷丸可有效增加涂层中的裂纹密度、释放 涂层中残余应力。 5)利用划痕试验研究了多层复合涂层的结合强度，并对划痕形貌进行了深入 分析；结果表龋所设计的多层复合涂层与硬质合金基体之间均具有良好的结合强 度。探讨了基体成份及涂层组合方式对涂层∥基体界面结合强度的影响；研究发 现，基体中WC的粒度、Co含量、立方碳化物相的加入以及表面是否形成富钴 层均会对结合强度产生明显影响；多层复合涂层厚度的增加以及A1203涂层的加 合涂层并与不同的基体组合后，其在压痕试验中可承受的载荷要增加。多层复合 涂层中存在多种破损形式，破损不仅发生在涂层与基体之间，也发生在各子涂层 之间。 抗氧化性能：与硬质合金材料的氧化相比，涂层试样在氧化过程中的活化能较低， 更易受扩散动力学控制，涂层试样的抗氧化性能明显好予硬质合金基体试样；没 有她03的多层复合涂层由外及内均匀氧化，含有A]203子涂层样品的氧化过程 主要是通过表面的热裂纹进行；致密完整的鲇203子涂层能有效的保护多层复合 涂层和硬质合金基体，并使其抗氧化性能远高于无跳03涂层的试样。 关键词： 硬质合金，刀具，多层复合涂层，化学气相沉积，微观结构，残余 应力，结合强度，氧化行为。 Abstract and with hardness and ofmatrix high ductility Combininghighstrength are usedfor and of tools hi．曲rateaccuracy abradabilitycoating，coatedcutting widely automatic totheir andbroad in process．Duegreatp