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发表于 2006-12-19 21:39:18
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来自： 中国江苏扬州
1．TiSiN类纳米涂层
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（1）物理性能与结构 7 N4 U2 E) g( a0 `3 T, p/ z
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TiN类涂层的Si含量与硬度的关系为：随着Si含量的增加，涂层硬度显著提高。另外，现有TiAIN涂层的硬度约为3500HV左右，而Si含量在理想状态下的TiSiN类涂层的硬度可达到4000HV。
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由涂层断面TEM图像可以看到，它是由几个纳米形成的微细晶粒构成的，进而可以确认多个与矩阵型组织不同的原子排列区域（几个nm）。涂层的电子衍射结果显示：纳米结晶粒由fcc结构构成，矩阵为非晶质结构。这说明TiSiN类涂层是由具有超微细晶粒的组织构成的，这种组织在切削刀具现有的硬质涂层中是找不到的。这种普通硬质涂层所不具备的超微细晶粒结构便是其实现高硬度的重要因素。 % A+ T" p, f5 @6 z. M8 z4 F1 n
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（2）高硬钢的高速切削性能 , I# I+ N A* Q) c% N
) Q$ d5 \6 _' {- n' I5 z: X2 v 以高硬钢材料SKD11（60HRC）的侧面铣削加工为例。切削速度为150m/min，干式切削，径向切削深度为刀具直径的5%，冷却空气气压：4MPa。由辐射温度计测定的刀具表面温度可估算出刀具的磨损状态。当切削过程中达到一定发热量时，各刀具均不能切削，且加工表面出现灼痕。刀具的温度均达到400℃，切削区的温度在相同测试中甚至达到了800℃～900℃。说明新开发的TiSiN类复合涂层（TH膜）铣刀的切削性能是目前使用的TiAIN类涂层刀具切削性能的2～3倍。
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2．CrSiN类纳米涂层
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在低碳钢或调质钢（42HRC以下）材料的加工中，被切削材料在切削刃涂层上反复粘附或脱落，脱落时对切削刃的损伤会导致加工表面的粗糙和刀具寿命的降低。要改善这一现象，必须提高涂层膜的抗粘附性。日立公司研发了一种抗粘附性和耐磨损性兼备的CrSiN类纳米复合涂层（CS膜），它保持了润滑度和硬度两种优良特性。CS膜是由几纳米的超微细晶体或富含Si的非结晶体形成的复合物，从而具备了润滑性和耐磨性。
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CS涂层刀具湿切削及干式切削碳素钢S55C（220HB）的试验数据证明CS涂层刀具具有不易受切削液影响的特点，从而增加了使用的方便性。
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y1 w" B) N" j. p/ j+ t8 d3 m 由于CS膜具有良好的耐磨损性，使切削速度达到现有TiAIN类涂层刀具的3倍，实现了298m/min的高速切削，同时，也实现了3.8倍进给速度的高进给，使加工时间缩短74%，加工费用降低了36%。 $ w! I: M4 l- Q% Z' U
) M1 t4 @; q' ~! ~5 F l# S7 d 传统球头铣刀在球头切削刃中心附近磨损很大，与之相比，CS膜球头铣刀的切削刃始终保持均匀稳定的磨损状态。
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+ z+ W8 T) N) F+ _8 l6 |( V& w' g3．高进给加工用TiBON类涂层 7 S$ H u3 c! u
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（1）涂层的特点 % n7 v, s$ ^; T# V
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用高温摩擦磨耗试验机测定的不同涂层材料的摩擦系数结果证明，添加BN及O的TiBON类涂层在常温下的摩擦系数只比TiAIN略低一点，但在常压、700℃高温之下则降至TiAIN的一半。对TiBON涂层化学结合状态进行研究的结果表明，在涂层膜中有B-N结合存在。这种B-N的化学构造解析结果说明：TiBON涂层膜中有c-BN和h-BN结晶存在。另外，同样的解析还确认了膜中含有Ti-O氧化物。在陶瓷领域素有争议的BN结晶具有固体润滑性能，且在高温下化学性能稳定。本次研发的涂层产品又进一步加入了氧化物，使之在高温下的化学性能更具稳定性。这种BN结晶的存在使提高润滑性的效果得到充分发挥，成为降低高温下摩擦系数的重要因素，从而抑制了高速进给加工过程中的月牙洼磨损。 |
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