PVD氮化物涂層的抗熱沖擊性能研究.pdf

1、涂層刀具在進(jìn)行切削時(shí)，由于切入時(shí)的急劇升溫和切出時(shí)的急劇降溫或切削液的冷卻作用使涂層刀具在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生劇烈的溫度變化，對(duì)涂層刀具產(chǎn)生比較強(qiáng)的熱沖擊。涂層在熱應(yīng)力的作用下可能產(chǎn)生裂紋、褶皺或是脫落，從而造成涂層刀具的過(guò)早失效，因此合理評(píng)價(jià)涂層的抗熱沖擊性能顯得非常重要。本文采用激光熱沖擊的方法對(duì)四種典型的PVD氮化物涂層(TiN、CrN、TiAlN、AlCrCN)的抗熱沖擊性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 論文基于傅里葉熱傳導(dǎo)理論

2、和彈性熱力學(xué)理論，首先對(duì)涂層在激光熱沖擊下的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行理論分析，分析出涂層在激光熱沖擊下發(fā)生破壞失效的原因。通過(guò)有限元方法模擬了涂層在不同加載條件下溫度和應(yīng)力的分布狀況，研究了涂層厚度、過(guò)渡層、激光功率密度以及涂層材料等因素對(duì)于溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:在相同的激光功率密度下，涂層的厚度越厚則在涂層中產(chǎn)生的熱應(yīng)力越大，但是由于涂層的臨界應(yīng)力提高，涂層抗熱沖擊性能提升;通過(guò)加入熱物理性能參數(shù)介于涂層和基體的過(guò)渡層，可以提

3、高涂層的抗熱沖擊性能;激光熱沖擊過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力隨激光功率密度的增大而增大，當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到臨界應(yīng)力時(shí)涂層發(fā)生破壞失效，將此時(shí)的激光功率密度作為評(píng)價(jià)涂層抗熱沖擊性能的參數(shù)，有限元計(jì)算得出TiN、CrN、TiAlN和AlCrN四種PVD氮化物涂層的臨界功率密度依次為32.88×108W/m2、45.53×108W/m2、32.62×108W/m2、46.81×108W/m2，臨界功率密度越大則說(shuō)明涂層的抗熱沖擊性能越好，所以抗熱沖擊性能由高

4、到低順序依次為AlCrN＞CrN＞TiN＞TiAlN。
　　 采用激光熱沖擊試驗(yàn)研究了TiN、CrN、TiAlN和AlCrN四種PVD氮化物涂層的抗熱沖擊性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:涂層在激光熱沖擊之后的失效形式為涂層表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋，并且裂紋的寬度與激光功率密度成正比，當(dāng)激光功率密度降低到一定值時(shí)，涂層表面裂紋消失，將此時(shí)的激光功率密度作為涂層的臨界功率密度;試驗(yàn)得出TiN、CrN、TiAlN和AlCrN四種PVD氮化物涂層的臨界功率