《基於納米多層結構的cBN/GNCD刀具塗層增韌機制及性能研究》是依託南京航空航天大學，由徐鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於納米多層結構的cBN/GNCD刀具塗層增韌機制及性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐鋒
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題面向航空難加工材料開展納米立方氮化硼（cBN）/梯度納米金剛石（GNCD）多層結構塗層刀具的製備及其機械性能與切削性能的套用基礎研究。本課題提出改變氣氛交替調製生長cBN和GNCD膜，通過納米晶與多層結構提高塗層韌性，使刀具塗層獲得良好的綜合力學性能，從而提高切削性能。本課題研究cBN和NCD抑晶生長機理，形成晶粒可控的製備工藝。研究納米cBN/GNCD多層結構塗層製備工藝及其調製生長機理。研究cBN和GNCD的調製結構對其微觀結構和界面特徵的影響。兆屑櫃本課題研究納米cBN/GNCD多層結構對塗層硬度、彈性模量、斷裂韌性、殘餘應力以及摩擦磨損等性能的影響機理，得到多層結構與機械性能的內在聯繫以及cBN/GNCD多層結構的增韌機制。本艱舟灑櫻課題開展納米cBN/GNCD多層結構塗層刀具的製備，研究切削過程中塗層破損、磨損與失效機理，建立cBN/GNCD多層塗層性能演化模型。
結題摘要
立方氮化硼（Cubic Boron Nitride, cBN）是僅次於金剛石的第二超硬材料，耐磨性極高、摩擦係數小、導熱性能和化學穩定性好，1200℃以下加工黑色金屬時化學性能非常穩定，是加工高溫合金和高強度鋼等黑色金屬理想的刀具材料。本項目通過梯度納米金剛石(GNCD)和cBN/GNCD多層結構解決cBN塗層存在應力大和韌性低的問題。本項目分別採用微波電漿化學氣相沉積（MPCVD）和陽極層線性離子源輔助射頻磁控濺射(ALLIS-RFMS)方法開展了GNCD和cBN塗層的製備，得到了高質量NCD和cBN塗層的製備工藝。通過NCD和cBN交替沉積的方法成功製備出了不同調製周期的cBN/NCD多層複合塗層，並對cBN/NCD多層複合塗層的殘餘應力以及機械性能進行分析，結果發現，製備的多層複合塗層和單層cBN塗層相比，殘餘應力明顯降低，塗層斷裂翻酷埋韌度達到了4.61MPam1/2，較單層cBN塗層提高了80%，摩擦糠采係數0.15左右，耐磨性能和膜基結合性能良好。通過cBN/NCD多層複合塗層的裂紋擴展研究，得到了cBN/NCD多層複合塗層斷裂機理：界面處納米晶塑性導致裂紋尖端鈍化和裂紋擴展到界面處發生偏轉。最後開展了cBN塗層刀具的切削性能評價，cBN塗層刀具在切削過程中具多臭閥跨有更小的切削力和更低的切削溫度，通過對cBN塗層刀具後刀面磨損評價，表明cBN塗層刀具切削壽命是商用TiAlN塗層的5倍以上，通過分析塗層顯微磨損狼騙戒特徵以及塗層刀具磨損區的化學成分，得出cBN塗層刀具的主要磨損機理為磨粒磨損和擴散磨損。通過禁兵去本項目的研究，將有效提高難加工材料的加工效率並降低加工成本，顯著提升國產高性能刀具的技術水平，對於促進我國機械製造業和工具行業的持續快速發展具有積極的意義。
