基于ALD低温制备的纳米涂层刀具性能研究

目的 探索基于原子层沉积法(Atomic Layer Deposition,ALD)的纳米涂层低温制备技术,并重点研究涂层沉积过程及纳米氧化铝涂层对刀具力学性能的影响.方法 利用原子层沉积法,在200℃的环境下制备不同涂层厚度的纳米Al2O3涂层刀具,对涂层的微观组织、厚度、硬度、断裂韧性、断口形貌、弯曲强度、结合力及摩擦系数进行检测.结果 ALD沉积技术能将纳米涂层均匀沉积在YT5刀具表面,且涂层光滑,无滴状气泡,涂层厚度可以精确控制在纳米级.ALD涂层与基体结合力的大小与涂层厚度相关,随着涂层厚度增大,结合力呈先增后降的趋势,测得50、100、200 nm等3种纳米涂层结合力大小分别为11.07、12.74、7.86 N.纳米涂层能够提高刀具的硬度,显著降低刀具表面的摩擦系数,测得刀具摩擦系数分别为0.56、0.43、0.67,最高降低摩擦系数达40％以上.此外在200℃的沉积温度下,没有产生金属相变,因而对刀具基体没有影响,刀具的断裂韧性和弯曲强度没有降低.结论 基于ALD的纳米涂层低温沉积技术所制备的纳米涂层刀具,具有良好的力学性能及涂层-基体界面结合力,能显著提高刀具性能,改善切削加工条件.     

基于原子沉积法的纳米Al2O3涂层微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数研究

采用原子沉积法(Atomic Layer Deposition,ALD)分别在点状微织构和条状微织构YT5硬质合金刀具(微织构刀具)上制备了纳米Al_2O_3涂层,通过直角切削实验研究了纳米Al_2O_3涂层对微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数的影响,并将纳米Al_2O_3涂层微织构刀具与微织构刀具、YT5硬质合金刀具进行对比。结果表明,微织构能降低刀具刀-屑界面间的摩擦系数;纳米Al_2O_3涂层能进一步降低微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数,其中厚度为100 nm的Al_2O_3涂层微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数最小,当点状微织构间距为0.15 mm时摩擦系数值最优,当条状微织构方向垂直于主切削刃时摩擦系数值最优;刀具刀-屑界面间的摩擦系数随着切削速度的增加而增大。纳米Al_2O_3涂层与微织构相结合将刀-屑界面间的摩擦由滑动摩擦转变为滑动-滚动复合摩擦的形式,降低了微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数,改善了摩擦性能,有利于提高刀具耐用度。