原位法製備cBN塗層刀具的機理及切削性能研究

《原位法製備cBN塗層刀具的機理及切削性能研究》是依託南京航空航天大學，由徐鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：原位法製備cBN塗層刀具的機理及切削性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐鋒
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

本課題面向航空航天難加工材料開展高性能立方氮化硼(cBN)塗層刀具的製備機理與切削性能評價的套用基礎研究。提出在化學氣相沉積系統中原位連續進行納米金剛石膜(NCD)過渡層沉積與cBN塗層的成核、生長與退火，並將cBN的生長與退火過程原位交替進行，以提高膜基結合力和減小內應力。研究NCD/cBN界面結合機制並進行界面最佳化；研究NCD過渡層和沉積參數對cBN成核與生長的影響機理；研究cBN薄膜的應力演變機制，建立cBN薄膜的生長與退火交替進行的應力弛豫模型；研究cBN成分和微結構對塗層顯微硬度、彈性模量、摩擦磨損性能，殘餘應力和斷裂韌性等力學性能的影響；使用雷射微區載入新方法評估cBN塗層特別是切削刃口附近塗層的膜基結合強度；開展cBN塗層刀具的試製，進行cBN塗層刀具切削性能評價，研究cBN塗層刀具切削性能的演變機理。

結題摘要

立方氮化硼是僅次於金剛石的第二種超硬材料，有著優異的物理與化學性能，完全能勝任黑色金屬難加工材料的高效切削加工。本課題面向航空航天難加工材料開展高性能立方氮化硼(cBN)塗層刀具的製備機理與切削性能評價的套用基礎研究。本課題開展的主要研究內容如下：1. 研究了金剛石與cBN複合塗層與刀具基體的結合機制並改善了塗層與基體的結合性能，研究發現，微/納複合塗層可以更有效的增加膜基結合性能，對於高鈷基體，酸洗鹼洗+強碳金屬過渡層複合硬質合金預處理方法的結合性能明顯高於傳統的預處理方法。2. 採用物理氣相沉積和化學氣相沉積系統中基於金剛石膜過渡層沉積cBN塗層，研究了襯底偏壓、反應氣體組分等對cBN沉積的影響。研究了基於氟化學的cBN化學氣相沉積機理，本項目在微波電漿化學氣相沉積系統中基於摻硼金剛石過渡層在Si3N4刀具基體上成果製備了低應力高純度的cBN塗層。cBN塗層厚度3μm，殘餘應力1.5GPa，膜基結合性能良好。3. 研究了cBN塗層的機械性能並評估了其切削性能。研究了cBN薄膜的納米力學性能、膜基結合性能以及摩擦磨損性能等。cBN塗層的納米硬度為78.3GPa，彈性模量為732GPa，與Si3N4對磨球摩擦係數小於0.1，磨損率小於4x10-7mm3/Nm。本課題開展了基於摻硼金剛石過渡層獲得了開展了cBN塗層刀具的試製，進行cBN塗層刀具切削性能評價，切削性能明顯由於目前廣泛使用的TiAlN塗層。