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cBN涂层硬质合金刀具具有较高的硬度、耐磨性以及良好的抗冲击性和强韧性,是加工黑色金属材料的理想刀具。目前,国内外对cBN涂层硬质合金刀具的相关研究主要集中在实验研究,从微观原子角度上对其界面结合性能的研究较少。本文基于第一性原理与分子动力学方法,从微观原子角度上对cBN涂层WC-Co硬质合金刀具界面结合性能进行模拟研究,本研究对揭示该涂层刀具的界面结合机理、优化涂层制备工艺具有重要的理论和实际意义。研究了不同终端的cBN涂层WC-Co硬质合金刀具界面结合性能。构建了WC-Co/cBN4B、WC-Co/cBN4N、WC-Co/cBN1B-OX、WC-Co/cBN1N-OX、WC-Co/cBN1N-OY 和WC-Co/cBN1B-OY六种界面模型,计算了界面粘附功和断裂韧性,研究结果表明:WC-Co/cBN4B界面模型具有最大粘附功9.705J/m2,界面最稳定;WC-Co/cBN4N界面模型具有最小粘附功4.470J/m2,界面最不稳定。进一步对WC-Co/cBN4B和 WC-Co/cBN4N两种界面模型进行了差分电荷密度、态密度和Mulliken布居等电子结构分析,结果表明:与Co-N键相比,Co-B键的布居数更大,键长更小,键能更大,界面处Co-B共价键强于Co-N共价键。基于最稳定和最不稳定的界面模型进行了含不同中间层的cBN涂层WC-Co硬质合金刀具界面结合性能研究。首先,进行了含Diamond单中间层的涂层刀具界面结合性能研究,构建了 WC-Co/Diamond/cBN4B和WC-Co/Diamond/cBN4N两种界面模型,计算了界面粘附功和断裂韧性,并进行电子结构分析,研究结果表明:Diamond/cBN界面处粘附功增加,界面结合性能提高,WC-Co/Diamond界面处粘附功减小,界面结合性能下降;这两种界面模型中,WC-Co/Diamond/cBN4B界面处的C-B键、Co-C键的布居数更大、键长更小、键能更大,界面结合性能更强。然后,进行了含SiC/Diamond双中间层的涂层刀具界面结合性能研究,构建了 WC-Co/SiCc-Si/Diamond/cBN4B、WC-Co/SiCSi-C/Diamond/cBN4B、WC-Co/SiCC-Si/-Diamond/cBN4和WC-Co/SiCSi-C/Diamond/cBN4N四种界面模型,计算了界面粘附功和断裂韧性,进行了电子结构分析,研究结果表明:WC-Co/SiC界面的结合性能比添加单中间层时WC-Co/Diamond界面的结合性能提高;这四种界面模型中,WC-Co/SiCSi-C/Diamond/cBN4B模型的界面粘附功最大,界面结合性能最强;与含单中间层相比:添加双中间层的模型粘附功更大、界面结合性能更强、界面更稳定。进行了沉积温度对不含中间层、含单、双中间层的cBN涂层WC-Co硬质合金刀具界面结合性能的影响研究。构建了 WC-Co/cBN4B、WC-Co/Diamond/cBN4B和 WC-Co/SiCSi-C/-Diamond/cBN4B三种超晶胞界面模型,在不同的沉积温度下(1023K、1073K、1123K、1173K、1223K、1273K、1323K)进行分子动力学模拟研究,进行了界面粘附功和界面键长分布分析,研究结果表明,在本文研究的温度范围内:对于不含中间层的cBN涂层硬质合金刀具,在WC-Co基体上沉积cBN涂层最合适的温度是1223K;对于含Diamond单中间层的cBN涂层硬质合金刀具,在WC-Co基体上沉积Diamond中间层、cBN涂层最合适的温度是1173K;对于含SiC/Diamond双中间层的cBN涂层硬质合金刀具,在WC-Co基体上沉积SiC、Diamond中间层最合适的温度是1173K,在Diamond上沉积cBN涂层最合适的温度是 1223K。