融合切削加工、涂层技术、摩擦磨损和润滑技术于一体,研究"软"涂层刀具的制备技术及其相关基础理论。以减摩和抗磨为研究目标,通过涂层等方法将固体润材料涂覆于刀具表面,制备具有低摩擦系数和润滑功能的"软"涂层刀具。利用切削过程中在"软"涂层刀具表面形成的润滑膜,使摩擦发生在润滑膜内部,从而达到阻止粘结、减小摩擦、降低磨损和提高刀具寿命的目的。建立"软"涂层刀具涂层与基体材料的合理匹配关系模型,探讨"软"涂层形成机理与工艺因素对涂层形成特性及结构的影响规律。分析"软"涂层刀具在切削加工时润滑膜的生成及其磨损过程的演变规律,揭示"软"涂层刀具的减摩和抗磨机理。"软"涂层刀具的研究开发为提高刀具性能开拓了新的途径,为新型涂层刀具的设计提供了新的思路和新的研究领域。利用"软"涂层刀具进行高速干切削是一种环境效益和经济效益俱佳的工艺选择,具有广阔应用前景。
采用中频磁控溅射技术及多弧离子镀相结合的复合镀膜工艺研制成功MoS2/Zr软涂层刀具,采用脉冲偏压辅助沉积电弧离子镀与离子轰击相结合的工艺研制成功ZrN系列软硬复合涂层刀具;并优化了其制备工艺参数。以涂层与基体材料的物理化学相容性最佳为目标,建立了MoS2/Zr软涂层刀具和ZrN系列软硬复合涂层刀具和的残余热应力分析模型,优选出与之相匹配的基体材料,揭示了过渡层对涂层刀具界面残余应力的影响规律,深入分析了MoS2/Zr软涂层刀具和ZrN系列软硬复合涂层刀具的物理机械性能、界面微观结构及界面结合机制。试验研究了MoS2/Zr软涂层刀具和ZrN系列软硬复合涂层刀具的摩擦磨损特性和切削性能,并与未涂层刀具进行了对比。结果表明添加软金属过渡层能有效降低涂层与基体界面的应力大小和应力梯度;软涂层刀具的摩擦系数与未涂层刀具相比显著减小;ZrN系列软硬复合涂层刀具前刀面磨损形式表现为粘结磨损和剥落磨损,后刀面的主要磨损形式为磨料磨损;向MoS2中添加Zr元素后提高了涂层的硬度,延缓了涂层的剥落过程,可提高涂层的耐磨性能;MoS2软涂层刀具在低速切削时的抗摩减磨效果显著,而在高速切削时效果不明显。