1 氮化碳薄膜的力學(xué)性能

2 C_xN_y表面涂層麻花鉆的鉆削試驗(yàn)

• 第一組：
  直徑為Ø6mm的W6Mo5Cr4V2普通高速鋼麻花鉆，由武漢大學(xué)物理系進(jìn)行C_xN_y涂層，涂層薄膜厚度約為4µm。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。切削一定時(shí)間后，分別測(cè)量鉆頭左、右二刃的后刀面磨損量VB，測(cè)量部位為鉆頭最大直徑處的主切削刃后刀面。
  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；干切；每鉆一個(gè)孔，約用10秒。
  鉆頭左、右二刃的后刀面磨損量均測(cè)量、記錄，畫(huà)成刀具磨損曲線，列于圖2。因鉆頭兩個(gè)頂面(即主后刀面)刃磨比較對(duì)稱，故左、右后刀面磨損量很接近。圖2中分別畫(huà)出左、右切削刃的磨損曲線。在圖2的橫坐標(biāo)上同時(shí)標(biāo)明了鉆孔數(shù)和切削時(shí)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(duì)比磨損曲線
  圖3 兩種涂層麻花鉆與未涂層的麻花鉆對(duì)比磨損曲線
  由圖1可見(jiàn)在后刀面磨損量相同情況下，C_xN_y涂層鉆頭的切削時(shí)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Ø6mm的W6Mo5Cr4V2普通高速鋼麻花鉆，進(jìn)行C_xN_y涂層和TiN涂層，在高強(qiáng)度鋼38CrNi3MoVA(HRC 36～40)上鉆孔，孔深約為10mm。
  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；干切；其余切削條件與前相同。每鉆一個(gè)孔，約用8秒。
  圖3為三種鉆頭的主后刀面磨損曲線，未分左、右切削刃。
  由圖3可見(jiàn)，在后刀面磨損量相同情況下，C_xN_y涂層鉆頭的切削時(shí)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C_xN_y涂層的耐磨性高于TiN涂層。

3 C_xN_y復(fù)合表面涂層硬質(zhì)合金刀片的車削試驗(yàn)

• 第一組：
  刀具：C_xN_y復(fù)合涂層刀片(YG8基體)，未涂層的YG8刀片，國(guó)產(chǎn)立方氮化硼(PCBN)刀片；
  工件：T12A工具鋼，淬硬61HRC；
  刀具幾何參數(shù)：前角g₀=0°；后角a₀=8°；主偏角k_r=90°；刃傾角l_s=-4°；刀夾圓弧半徑r_e=0.8mm；
  切削用量：切削深度ap=0.5mm；進(jìn)給量f=0.1mm/r；切削速度v=60m/min；三種刀具的磨損曲線如圖4所示。
• 第二組：
  刀具：C_xN_y復(fù)合涂層刀片(YT14基體)，未涂層的YT14刀片，國(guó)產(chǎn)YBo2涂層硬質(zhì)合金刀片(TiN涂層)；
  工件：60Si2Mn高強(qiáng)度鋼，調(diào)質(zhì)，40HRC； #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
  刀具幾何參數(shù)：前角go=4°；后角ao=8°；主偏角kr=45°；刃傾角ls=-4°；刀夾圓弧半徑re=0.8mm；
  切削用量：切削深度a_p=1mm；進(jìn)給量f=0.15mm/r；切削速度v=150m/min；
  三種刀具的磨損曲線如圖5所示。
  
  圖4 C_xN_y涂層硬質(zhì)合金刀片與其他刀片的對(duì)比磨損曲線
  圖5 C_xN_y涂層硬質(zhì)合金刀片與其他硬質(zhì)合金刀片的對(duì)比磨損曲線
  圖6 涂C_xN_y薄膜的YT14硬質(zhì)合金刀片
  從圖4、圖5可以看出，YG8和YT14兩類硬質(zhì)合金刀片經(jīng)涂覆C_xN_y薄膜后，刀具壽命大為提高。但在車削淬硬鋼T12A時(shí)，C_xN_y涂層刀片的使用壽命低于PCBN刀片。在車削高強(qiáng)度中硬鋼602Mn時(shí)，C_xN_y涂層刀片的使用壽命略高于YBo2(TiC涂層)刀片。

4 分析與討論

1. 在高速鋼鉆頭上進(jìn)行C_xN_y表面涂層，其使用壽命大大提高；C_xN_y涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆C_xN_y，其涂層技術(shù)已日趨成熟，使用效果亦日趨穩(wěn)定。
2. 對(duì)于硬質(zhì)合金刀片，經(jīng)過(guò)C_xN_y涂層，刀具壽命也能提高，但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時(shí)，其刀具壽命尚低于PCBN刀具；在車削高強(qiáng)度中硬鋼時(shí)，其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質(zhì)合金刀具，這樣就限制了C_xN_y涂層硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用。
3. C_xN_y涂層材料的各項(xiàng)力學(xué)、物理性能，需作全面的測(cè)試和深入研究。C_xN_y涂層和硬質(zhì)合金基體材料之間的匹配也有待認(rèn)真研究。
4. C_xN_y涂層屬超硬材料，它與鐵族元素呈惰性，故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，可以補(bǔ)充金剛石刀具的不足，從而有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。預(yù)計(jì)經(jīng)過(guò)認(rèn)真的研究和探討，C_xN_y涂層超硬刀具有著美好的發(fā)展前景。