微裂纹缺陷对CVD金刚石涂层微刀具损伤失效的影响研究

作者：白清顺; 张亚博; 王永旭; 何欣

来源：表面技术, 2021, 50(02): 355-362.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.02.038

• CVD金刚石
• 微铣削
• 断裂
• 脱粘
• 涂层脱落
• 损伤失效

目的研究微裂纹缺陷在CVD金刚石涂层中的扩展规律,揭示CVD金刚石涂层微刀具的涂层脱落机理。方法基于ABAQUS开展预置涂层内部竖直微裂纹和涂层基底界面水平微裂纹的CVD金刚石涂层单向拉伸有限元仿真,分析单裂纹和多裂纹扩展过程中裂纹尖端的应力分布和应力强度因子变化规律。开展CVD金刚石涂层刀具微铣削Ti6Al4V实验,分析刀具的磨损形态和刀尖的断面形貌,验证仿真结果。结果涂层内部竖直微裂纹扩展到涂层基底界面时,裂纹尖端的应力强度因子小于硬质合金的断裂韧性537.6MPa·mm1/2,大于金刚石的断裂韧性289.7 MPa·mm1/2,裂纹在界面发生偏转。涂层和基底界面间的水平微裂纹在扩展过程中裂纹尖端的应力强度因子小于金刚石和硬质合金的断裂韧性,裂纹沿着界面逐步扩展。CVD金刚石涂层刀具微铣削Ti6Al4V后表现出涂层脱落、刀尖破损和崩刃的损伤特征,其断面表现出穿晶断裂、沿晶断裂和微裂纹的形貌特征。结论涂层脱落损伤主要源于涂层内部竖直裂纹扩展诱导的涂层断裂和界面裂纹扩展引起的粘接层脱落。涂层内部竖直裂纹的竞争作用会抑制涂层断裂,粘接层水平裂纹间的耦合作用会加速涂层脱粘。

• 单位
  哈尔滨工业大学