【摘要】：在強力珩齒加工中,超硬刀具的研究逐漸成為先進制造技術的重點研究方向,立方氮化硼(CBN)珩磨輪因其具有較高的硬度、較高的熱穩(wěn)定性以及化學穩(wěn)定性等良好的物理和化學性質成為解決硬齒面齒輪精加工難題的有效途徑,因此立方氮化硼涂層的制備以及性能研究一直是國際上研究的熱點。本文在撰寫過程中查閱了大量國內外文獻,建立了 CBN薄膜生長的相場模型,運用MATLAB軟件,完成了物理氣相沉積過程的模擬仿真,縮短了實驗周期;采用的磁控濺射的物理氣相沉積方法在鋼制基底上,制成了 CBN涂層珩磨輪;最后對物理氣相沉積制備的CBN涂層珩磨輪的性能進行了研究和測試分析。本文的主要研究內容如下:(1)應用相場法理論通過MATLAB軟件對CBN涂層的氣相沉積過程進行了模擬計算,分析了被電離氣體粒子在不同密度下的涂層表面微觀形貌以及沉積時間對涂層表面形貌的影響。確定了實驗過程中最佳氣體流量,氣體離子濃度配比以及最佳的沉積時間。(2)對于CBN涂層的制備工藝進行了探究,包括基底試樣表面的處理工藝選擇、涂層制備工藝的選擇、靶材表面的預處理方法選擇以及濺射電源的選擇、涂層性能的檢測手段等。同時通過對比實驗驗證了預濺射在沉積過程中的重要性。(3)通過檢測和分析實驗結果研究了實驗參數(shù)對CBN涂層的影響,并得到如下結論:濺射功率在350W時涂層的膜基結合性能較好,濺射功率為300W或者400W時涂層與基底表面壓痕邊緣會出現(xiàn)明顯的裂紋,涂層與基底的結合性能偏差;當反應腔內氣體壓力達到0.4Pa時,涂層的致密性和表面的粗糙度達到最佳,涂層中元素含量分布比較均勻;基底溫度是350℃左右膜基結合力最好。本研究選用的的CBN涂層刀具的制備工藝參數(shù)為:靶材濺射功率為350W、沉積溫度為350℃、反應過程的工作氣壓為0.4Pa,氮氣流量為30sccm,氬氣流量為150scm。(4)采用KISTLER 9129AA切削力測量系統(tǒng)和Ref]ex Core振動噪聲采集分析系統(tǒng),采集了未涂層珩磨輪與CBN涂層珩磨輪的珩削力、珩削振動、珩削噪聲等珩削性能指標,對比和分析結果得出,珩磨輪刀具表面的CBN涂層,可以有效提高刀具的切削效率,并且減小機床本身的振動和噪音。
【圖文】：

寧夏大學碩士學位論文Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋Ｖａｐｏｒ邋Ｄ印ｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＣＶＤ）；物理氣相沉積通常是在５００°Ｃ左右，采用物靶材，使靶村原子附著在基底表面形成涂層�；瘜W氣相沉積的工藝溫度相對較高－？般右，利用化學反應生目標的涂層。而等離子體化學氣相沉積則同時具備了物理氣相相沉積的優(yōu)點，通過低壓氣體放電產生的等離子體，促進氣體的分解以及新的涂層沉積在基底表面形成涂層。逡逑按照涂層結構的不同涂層刀具又可以分為：單層涂層、多層涂層、復合涂層、硬薄膜涂層以及納米涂層等。單層涂層是指直接在基底表面直接涂覆一種材料成分刀具則是為了提高涂層綜合性能將不同材料或功能特性的涂層復合在一起涂覆在基１為納米金剛石復合涂層斷面ＳＥＭ圖ｆ６］。梯度涂層則是通過改變涂層中的化學成分使涂層由一種化合物轉變?yōu)榱硗庖环N化合物，圖１－２為ＺｒＴｉＮ梯度涂層斷面圖［２＇邋７］。逡逑

按照涂層結構的不同涂層刀具又可以分為：單層涂層、多層涂層、復合涂層、梯度涂層、超逡逑硬薄膜涂層以及納米涂層等。單層涂層是指直接在基底表面直接涂覆一種材料成分的涂層，復合逡逑刀具則是為了提高涂層綜合性能將不同材料或功能特性的涂層復合在一起涂覆在基底表面，圖１－逡逑１為納米金剛石復合涂層斷面ＳＥＭ圖ｆ６］。梯度涂層則是通過改變涂層中的化學成分含量的配比，逡逑使涂層由一種化合物轉變?yōu)榱硗庖环N化合物，圖１－２為ＺｒＴｉＮ梯度涂層斷面圖［２＇邋７］。逡逑常規(guī)金剛石涂層邐朦逡逑栜合金■邋—yU逡逑圖１－１納米金剛石復合涂層斷面ＳＥＭ圖逡逑＼邐？．r2逡逑圖１－２邋ＺｒＴｉＮ梯度涂層斷面圖逡逑按照涂層基底材料的不同涂層刀具可分為高速鋼涂層刀具、硬質合金刀具以及超硬材料涂層逡逑（立方氮化硼和金剛石）刀具。超硬材料涂層刀具的制備原理是在超硬基底材料的表面通過在其逡逑表面沉積相對較軟的涂層材料來提高表面的韌性，進而提高刀具的加工性能。逡逑涂層刀具將基底與涂層的優(yōu)點結合起來，并且可以綜合其力學性能和切削性能以達到提高基逡逑底刀具的加工性能，減少刀具庫存，提高經濟效益的目的。涂層刀具可以用在高速切削的機床中，逡逑并且在加工過程中可以提高涂層刀具的進給量和切削速度。由于涂層刀具的重磨性比較差，涂層逡逑－２邋－逡逑
【學位授予單位】：寧夏大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4;TG71

【參考文獻】

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本文編號：2680767