過去,超硬刀具材料只有金剛石和立方氮化硼兩種。人類從使用天然金剛石開始,到20世紀(jì)中葉研制出了人造的金剛石和立方氮化硼获殉。人造的超硬材料后來出現(xiàn)了不同的制造方法和類別,而且在不同的工業(yè)生產(chǎn)和科技領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用令消。

近年,一種新型超硬刀具材料——氮化碳(CxNy)涂層得到了發(fā)展。美國物理學(xué)家A.M.Lin和(暫不可見)hen用分子工程理論設(shè)計出了新型超硬無機(jī)化合物氮化碳轩鸭。根據(jù)體彈模量的計算,它可能達(dá)到甚至超過金剛石的硬度,從而引起科技界和材料科學(xué)家的重視,A.M.Lin于1994年公布了新的研究成果,采用可變晶格模型分子動力學(xué)(VCS-MD)從頭計算法,擴(kuò)展了CxNy的理論研究,CxNy可能具有三種結(jié)構(gòu):六方晶系的b相,立方晶系的閃鋅礦結(jié)構(gòu)和三角晶系的類石墨相陋住。A.M.Lin和(暫不可見)hen分別計算了CxNy的晶體結(jié)構(gòu),至少有7種不同空間群結(jié)構(gòu)的CxNy,取得了不同結(jié)構(gòu)和空間群的密度、晶格常數(shù)墨闲、體彈模量和能量的計算值今妄。它們雖具有相近的能量值,但其他性能的數(shù)值差別較大。武漢大學(xué)王仁卉也對7種結(jié)構(gòu)的CxNy粉末衍射譜進(jìn)行過計算鸳碧。

武漢大學(xué)物理系能用的反應(yīng)磁控濺射法在不同的刀具上沉積CxNy薄膜,它是一種超硬材料,具有高硬度盾鳞、高耐磨、低摩擦和強(qiáng)導(dǎo)熱等性質(zhì),這些性質(zhì)和金剛石十分相似瞻离。它的化學(xué)穩(wěn)定性也好,可以對鐵基材料進(jìn)行切削加工,故有廣闊的應(yīng)用前景腾仅。

本文主要用武漢大學(xué)物理系提供的CxNy涂層高速鋼麻花鉆和CxNy涂層硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行了切削試驗(yàn),探討了它的切削性能；對CxNy涂層薄膜的機(jī)械性能也進(jìn)行了一定的介紹琐脏。

1氮化碳薄膜的力學(xué)性能

在不同的基體材料上沉積CxNy薄膜,其表面顯微硬度測試值列于表1攒砖。表1除6號試樣為硬質(zhì)合金基體外,其余1～5號試樣的基體均為M2高速鋼。

表1CxNy涂層薄膜顯微硬度測試值表試樣號硬度

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40～72GPa之間日裙。武漢大學(xué)物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達(dá)到50GPa吹艇。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,也達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。

2CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗(yàn)

第一組:

直徑為?6mm的W6Mo5Cr4V2普通高速鋼麻花鉆,由武漢大學(xué)物理系進(jìn)行CxNy涂層,涂層薄膜厚度約為4μm昂拂。用涂層鉆頭和未涂層鉆頭在高強(qiáng)度鋼38CrNi3MoVA(經(jīng)調(diào)質(zhì),硬度為36～40HRC)上鉆孔,孔深約10mm受神。切削一定時間后,分別測量鉆頭左、右二刃的后刀面磨損量VB,測量部位為鉆頭最大直徑處的主切削刃后刀面逻富。

切削用量:進(jìn)給量f=0.13mm/r,轉(zhuǎn)速n=530r/min,切削速度v≈10m/min副呆；干切；每鉆一個孔,約用10秒拳刚。

鉆頭左朋井、右二刃的后刀面磨損量均測量、記錄,畫成刀具磨損曲線,列于圖2楷首。因鉆頭兩個頂面(即主后刀面)刃磨比較對稱,故左韧仓、右后刀面磨損量很接近。圖2中分別畫出左俘汹、右切削刃的磨損曲線臊链。在圖2的橫坐標(biāo)上同時標(biāo)明了鉆孔數(shù)和切削時間。

圖1 涂C_xN_y薄膜的麻花鉆

圖2 C_xN_y涂層與未涂層的麻花鉆對比磨損曲線

圖3 兩種涂層麻花鉆與未涂層的麻花鉆對比磨損曲線

由圖1可見在后刀面磨損量相同情況下,CxNy涂層鉆頭的切削時間約為未涂層鉆頭的10倍,故涂層后鉆頭耐磨性的提高十分顯著。

第二組:

再用直徑為?6mm的W6Mo5Cr4V2普通高速鋼麻花鉆,進(jìn)行CxNy涂層和TiN涂層,在高強(qiáng)度鋼38CrNi3MoVA(HRC36～40)上鉆孔,孔深約為10mm侄掠。

切削用量:進(jìn)給量f=0.13mm/r,轉(zhuǎn)速n=530r/min,切削速度v≈10m/min碧农；干切；其余切削條件與前相同钻哩。每鉆一個孔,約用8秒屹堰。

圖3為三種鉆頭的主后刀面磨損曲線,未分左、右切削刃憋槐。

由圖3可見,在后刀面磨損量相同情況下,CxNy涂層鉆頭的切削時間約為未涂層鉆頭的10倍,TiN涂層鉆頭約為未涂層鉆頭的7倍,故CxNy涂層的耐磨性高于TiN涂層双藕。

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