基本信息
- 項目名稱：
- 刀具用超硬涂層技術(shù)研發(fā)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 此作品主要研究先進的(Ti1-xAlx)N刀具用超硬涂層的制備及致硬機理。文章首先闡述了研究背景，之后通過實驗及分析測試制備、表征了超硬(Ti1-xAlx)N薄膜，最后通過第一性原理分析了薄膜致硬機理。
- 詳細介紹：
- 制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱，具備高精尖水平的制造業(yè)是一個國家矗立于世界之林不可或缺的條件。眾所周知，切削工具技術(shù)對制造水平的提高有著至關(guān)重要的作用。工程上應用的刀具經(jīng)常是根據(jù)強度上的要求來選用的，但其表面性能，例如耐磨損性、抗腐蝕性和導電性，不一定能滿足要求。涂層的用途是獲得要求的表面性能。經(jīng)涂敷的刀具，其耐磨性、硬度、抗熱穩(wěn)定性等使用性能都有大幅度提高，并可極大延長其壽命，大大降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。 上世紀70年代，TiN薄膜作為一種刀具涂層的成功運用很大程度提高了刀具的使用壽命，更提高了切削速度。這為薄膜技術(shù)在刀具上的運用開創(chuàng)了先河。近年來高速切割以及干式切割由于其機械加工效率高，環(huán)境污染少等顯著優(yōu)勢，這日益成為切削技術(shù)發(fā)展的主流，也對刀具涂層提出了更加苛刻的要求。高硬度、耐磨、化學穩(wěn)定、抗高溫氧化、低摩擦系數(shù)、良好的疏水性都成為了刀具涂層追求的目標。硬度只有21GPa且抗氧化溫度只有550℃的 TiN薄膜已經(jīng)不能夠完全滿足當今加工業(yè)的需求。因此，發(fā)展多元化超硬涂層是今后發(fā)展的總趨勢之一。 20世紀80年代末，Ti1-xAlxN薄膜得到大力發(fā)展，它是刀具及模具用涂層 TiN的一種理想替代品。到目前為止，多種技術(shù)如直流/射頻磁控濺射、多弧離子鍍、等離子體增強化學氣相沉積及離子束輔助沉積已經(jīng)被用來合成制備Ti1-xAlxN薄膜。因為Ti1-xAlxN薄膜硬度高、耐高溫氧化及耐磨性好，它得到了廣泛的研究與學習。在最近幾年，Ti1-xAlxN薄膜已近成為刀具涂層的一種最好的選擇，特別是在干切與高速切割方面。 眾所周知，薄膜的結(jié)構(gòu)直接影響著其性能。Ti1-xAlxN薄膜中的鋁含量對薄膜的性能起到很重要的作用。研究Ti1-xAlxN薄膜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及其對性能的影響依然很重要。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 此作品主要研究先進的(Ti1-xAlx)N刀具用超硬涂層的制備及致硬機理。文章首先闡述了研究背景，之后通過實驗及分析測試制備、表征了超硬(Ti1-xAlx)N薄膜，最后通過第一性原理分析了薄膜致硬機理。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、用Ti/Al比為1.56靶材制備了硬度為45GPa的超硬(Ti1-xAlx)N薄膜； 2、提出(Ti1-xAlx)N薄膜超硬的主要機理是微結(jié)構(gòu)強化所致這個觀點； 3、采用模擬與實踐相結(jié)合的方法分析(Ti1-xAlx)N薄膜結(jié)構(gòu)。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 歐洲幾乎80％以上的刀具都是帶有涂層的；中國現(xiàn)在是世界上最大的機械加工制造國，然而目前正大量低價出口“白刀”，又大量高價進口涂層刀具。隨著機械加工業(yè)對產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率要求的提高，停機換刀時間與換刀后精度控制已成重要問題，迫切需要高硬度、耐高溫、抗氧化的長壽命刀具。工業(yè)上應用多元化超硬涂層是今后發(fā)展總趨勢之一，我國迫切需要加強此方面理論與技術(shù)的研究。
學術(shù)論文摘要
- 采用直流磁控濺射技術(shù)在Si（100）基片上制備了一系列(i1-xAlx)N薄膜。使用EPMA、XRD、TEM、HRTEM、納米壓痕等設備表征薄膜的成分、結(jié)構(gòu)及力學性能。實驗制備了晶態(tài)超硬(i1-xAlx)N薄膜。在(Ti1-xAlx)N薄膜中，晶體結(jié)構(gòu)從B1-NaCl結(jié)構(gòu)向B4-würtzite結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的臨界鋁含量是0.60。鋁含量為0.39時，薄膜硬度為45GPa,達到超硬涂層水平。利用模擬XRD方法分析了薄膜的相結(jié)構(gòu)，第一性原理計算研究了(Ti1-xAlx）N薄膜的力學性能。
獲獎情況
- 2011年04月07-10日，本人在深圳參加了由中國金屬協(xié)會(CSM)主辦的“國際材料科學與工程表面與界面會議”，并在會議上發(fā)表英文口頭報告。 2011年04月11日，向Rare Metals(SCI)提交英文論文，文章正在審核中。
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1]J. Musil, Thin Solid Films 365 (2000) 104-109. [2]T. Suzuki, Y. Makino, Journal of Materials Science, 35 (2000) 4193-4199. [3]R.F.Zhang, Materials Science and Engineering A 448 (2007) 111–119.
同類課題研究水平概述
- 略
