【摘 要】
：
随着科学技术的快速发展,钛合金、高温合金等难加工材料越来越多地应用于现代工业,难加工材料的切削加工对刀具性能提出了更高的要求。立方氮化硼（Cubic Boron Nitride,c BN）具有高的硬度和热导率,化学性质稳定,非常适合作为刀具涂层材料。采用纳米金刚石（Nanocrystalline Diamond,NCD）过渡层可以制备出高纯度的c BN涂层,但是依然存在着内应力大、厚度薄以及韧性低
【基金项目】
：
基于纳米多层结构的cBN/GNCD 刀具涂层增韧机制及性能研究,国家自然科学基金,项目编号51575269； 江苏省六大人才高峰资助项目No.ZBZZ-005；
论文部分内容阅读
随着科学技术的快速发展,钛合金、高温合金等难加工材料越来越多地应用于现代工业,难加工材料的切削加工对刀具性能提出了更高的要求。立方氮化硼（Cubic Boron Nitride,c BN）具有高的硬度和热导率,化学性质稳定,非常适合作为刀具涂层材料。采用纳米金刚石（Nanocrystalline Diamond,NCD）过渡层可以制备出高纯度的c BN涂层,但是依然存在着内应力大、厚度薄以及韧性低等问题,限制了其优异耐磨性能的充分发挥,严重制约着c BN涂层的应用。针对c BN涂层面临的问题,本文提出了c BN/NCD多层复合结构涂层,研究了c BN/NCD多层复合涂层的制备工艺,分析了c BN/NCD多层复合涂层的机械性能,揭示了c BN/NCD多层复合涂层的增韧机理和磨损机理,为c BN涂层的应用奠定基础。本文主要研究内容和成果如下:（1）采用Ar辅助方法在低CH4浓度条件下制备低生长速率的NCD涂层。系统分析了CH4/H2,CH4/H2/Ar和CH4/H2/N2三种气氛条件下CH4、Ar和N2浓度对金刚石晶粒尺寸、生长速率和表面自由能的影响规律,三种气氛条件下均可以获得致密的NCD涂层,随着CH4和N2浓度的增加,涂层表面粗糙度和表面自由能逐渐减小,生长速率显著增加。但是在CH4/H2/Ar气氛中,涂层的生长速率随Ar浓度的增加先增后减,在高浓度Ar离子的轰击作用下可以降低NCD涂层的生长速率,同时增加其表面自由能。最后在高Ar浓度下开展薄厚度NCD涂层的制备,并通过Ar离子轰击的方法进一步提高NCD涂层的表面自由能,获得适合c BN生长的最佳NCD涂层制备工艺。（2）系统研究了沉积温度、基底偏压和氮气分压对c BN涂层的纯度、残余应力、表面形貌以及生长速率的影响规律,分析了不同工艺参数对c BN涂层生长的影响机理。在兼顾c BN涂层纯度和生长速率的条件下,在温度900°C、偏压-150V、氮气分压30%时制备出纯度接近80%的c BN涂层,生长速率约0.1μm/h,硬度和弹性模量分别为37GPa和421GPa,具有良好的纳米力学性能。（3）构建了c BN/NCD多层复合涂层-基底系统压痕作用下涂层开裂的有限元模型,分析了涂层在载荷作用下的应力分布和裂纹特性。结果显示,随着多层复合涂层中层数的增加,涂层中的最大主应力逐渐较小,剪应力逐渐增加,涂层中最大主应力和剪应力的位置均不随层数的增加而发生变化。c BN/NCD多层复合涂层中的裂纹主要萌生于涂层上表面和压痕正下方NCD涂层中,同时增加多层复合涂层的层数,可以有效抑制裂纹的扩展;c BN/NCD多层复合涂层的界面裂纹萌生于涂层与基底的结合界面处并沿界面向两端扩展,界面的主要失效形式为涂层的屈曲脱落。（4）采用改变调制结构的方法降低c BN/NCD多层复合涂层的残余应力,同时提高涂层的断裂韧度。在涂层总厚度3μm的条件下,通过优化调制结构,涂层中残余应力低至0.43GPa,断裂韧度增至4.98MPa?m1/2,较单层c BN涂层断裂韧度提高70%以上,揭示了c BN/NCD多层复合涂层的主要增韧机理,界面处裂纹发生偏折、NCD涂层引起裂纹尖端钝化以及减小涂层中缺陷的产生和累积是实现c BN/NCD多层复合涂层增韧的主要原因。（5）研究了c BN/NCD多层复合涂层的摩擦磨损性能,揭示了c BN/NCD多层复合涂层高温磨损机理。常温下c BN/NCD多层复合涂层的摩擦系数和磨损速率分别为0.12和1.19×10-6mm~3/（N?m）,随着温度的升高,摩擦系数逐渐减小,磨损速率逐渐增加,在600°C条件下,磨损速率约为8.43×10-6mm~3/（N?m）,耐磨性能分别是Ti Al N涂层和Pc BN刀具材料的3倍和4.5倍;c BN/NCD多层复合涂层高温条件下的主要磨损失效形式为磨粒磨损和NCD石墨化。
其他文献
铁路煤炭运输抑尘是推进铁路绿色运输发展的一项基础工作，对改善铁路沿线环境、防止煤炭资源浪费具有重要意义。通过总结铁路煤炭运输抑尘研发与试验、推广与应用、质量提升各阶段发展重点，分析抑尘作业点选址、煤炭装载状态、抑尘设备配置及状态、抑尘质量监控等方面对煤炭运输抑尘质量的影响，以及存在的深层次问题，提出煤炭运输抑尘高质量发展策略，重点采用推进源头装车与抑尘一体化、推进抑尘质量自动化监控、建立抑尘问题溯
研究探讨了处理时间、放电气氛（Ar和O2）和处理功率等不同的等离子体处理条件对涤纶织物润湿性能的影响，从而得到较佳的处理条件，并对较佳条件下的试样进行了分析和表征。结果表明，等离子体处理会对涤纶织物的润湿性能产生影响，在其他条件相同时，随着处理时间的延长，接触角有先减小后增加的趋势。而随着功率的增加，出现转折点的时间会变短。当处理时间为40 s,放电气氛为Ar,处理功率为47 W时，所得样品的润湿
相控天线阵是雷达、无线通信和电子战等先进微波系统的重要组成部分。伴随着宽带无线通信、高分辨成像雷达、宽谱电子对抗等技术的进步,下一代电子系统对相控天线阵瞬时带宽的需求正逐步提升。凭借光子技术低损耗、大带宽、高复用、抗电磁干扰等优势,以光控微波真时延为核心功能的微波光子宽带相控阵列已逐步成为宽带相控阵的一种重要实现方式。然而,现有的窄带阵列理论及相关技术已难以满足微波光子宽带相控阵列的发展需求。本文
近年来,随着航空航天科技、传感器技术、以及通信与信息处理技术的快速发展,遥感技术开始迈向高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、多极化、多角度,以及小型敏捷性等方向迅猛发展。其中,高分辨率遥感影像对国家的军事和经济的发展影响尤为明显,已被广泛应用于军事侦察、地球测绘、海洋监视和气象观测等应用领域。遥感技术的发展使得遥感影像数据获取的速度更快、更新周期缩短、时效性增强,遥感影像的数据量也开始呈指数
机匣是航空发动机关键零部件,起着连接、承载、固定、包容等作用。机匣类零件是一种大型环形薄壁结构件;其最大直径尺寸可达1000 mm,而壁厚通常仅有1-3 mm;材料主要为难加工的高温合金和钛合金,加工中材料去除率可达60%-80%。在传统机械铣削加工机匣零件中,存在刀具成本高、加工变形严重、加工周期长等问题,机匣零件的加工已成为制约航空发动机发展的关键因素。因此,寻求新的方法实现机匣零件高效、低成
忆阻器的最新发现引起了科学界对这种新型第四个电路元件及其在自旋型电子器件,超致密信息存储,神经形态网络以及可编程电子学中应用的极大兴趣。而且,利用忆阻器的固有非线性特性,将它代替非线性元件,可以实现具有复杂动力学的新型混沌振荡器。由于使用了忆阻器,忆阻系统的动力学行为更加复杂,这也极大地吸引了人们对此类忆阻系统的控制情况以及耦合同步进行研究的兴趣。另外,由于忆阻混沌信号具有较宽的频谱、非周期性、无
阵列信号处理被广泛应用于雷达、声呐和无线通信等领域中。波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计是阵列信号处理的一个重要研究内容,传统的DOA估计算法主要是针对均匀阵列结构展开设计和研究,如均匀线阵或均匀平面阵列等,与均匀阵列相比,互质阵列在相同阵元数下能够实现更大的阵列孔径、更高的测向精度、更高的自由度以及更高的分辨率。因此互质阵列的DOA估计研究具有重要的理论价值和应用价
＜正＞幼儿受到家庭和幼儿园无微不至的关怀，其心理发展与品格养成自然与之密切相关。真诚的关怀和充足的爱意，有利于幼儿形成正确的价值观和品格。所以，幼儿园和家长需协力采取科学品格教育，纠正错误育儿心态，引领幼儿朝着正确的方向发展。
飞机结构装配连接主要采用铆接工艺方法,孔位精度与法向精度对铆接质量影响较大。对于孔位精度而言,孔位误差过大将会改变结构件受力时各铆钉之间的载荷,进而影响结构件的疲劳寿命;对于法向精度而言,法向误差过大将会降低铆钉的疲劳寿命。因此,精准制孔技术对于保证飞机的疲劳寿命具有重要意义。飞机自动化制孔中,广泛使用托架固定待加工零件。托架可以分为固定托架、调姿托架等,基于定位器的并联调姿托架具有可重构、柔性好
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）系统因其具有全天时、极强的穿透性、远距离高分辨率成像且成像质量不受恶劣气候条件影响等优势,现已广泛应用于军事侦察、土地规划等军事和民用领域。高分辨率SAR图像目标提取与场景分类是SAR图像信息获取与解译的关键步骤,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。然而,由于SAR成像系统成像机理的特殊性,高分辨率SAR图像存在严重的相干斑