1 氮化碳薄膜的力學性能

2 C_xN_y表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

• 第一組：
  直徑為Ø6mm的W6Mo5Cr4V2普通高速鋼麻花鉆，由武漢大學物理系進行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度鋼38CrNi3MoVA(經調質，硬度為36～40HRC)上鉆孔，孔深約10mm。切削一定時間后，分別測量鉆頭左、右二刃的后刀面磨損量VB，測量部位為鉆頭最大直徑處的主切削刃后刀面。
  切削用量：進給量f=0.13mm/r，轉速n=530r/min，切削速度v≈10m/min；干切；每鉆一個孔，約用10秒。
  鉆頭左、右二刃的后刀面磨損量均測量、記錄，畫成刀具磨損曲線，列于圖2。因鉆頭兩個頂面(即主后刀面)刃磨比較對稱，故左、右后刀面磨損量很接近。圖2中分別畫出左、右切削刃的磨損曲線。在圖2的橫坐標上同時標明了鉆孔數和切削時間。
  
  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比磨損曲線
  圖3 兩種涂層麻花鉆與未涂層的麻花鉆對比磨損曲線
  由圖1可見在后刀面磨損量相同情況下，C_xN_y涂層鉆頭的切削時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，進行C_xN_y涂層和TiN涂層，在高強度鋼38CrNi3MoVA(HRC 36～40)上鉆孔，孔深約為10mm。
  切削用量：進給量f=0.13mm/r，轉速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，在后刀面磨損量相同情況下，C_xN_y涂層鉆頭的切削時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復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

• 第一組：
  刀具：C_xN_y復合涂層刀片(YG8基體)，未涂層的YG8刀片，國產立方氮化硼(PCBN)刀片；
  工件：T12A工具鋼，淬硬61HRC；
  刀具幾何參數：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復合涂層刀片(YT14基體)，未涂層的YT14刀片，國產YBo2涂層硬質合金刀片(TiN涂層)；
  工件：60Si2Mn高強度鋼，調質，40HRC； #p#分頁標題#e#
  刀具幾何參數：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涂層硬質合金刀片與其他刀片的對比磨損曲線
  圖5 C_xN_y涂層硬質合金刀片與其他硬質合金刀片的對比磨損曲線
  圖6 涂C_xN_y薄膜的YT14硬質合金刀片
  從圖4、圖5可以看出，YG8和YT14兩類硬質合金刀片經涂覆C_xN_y薄膜后，刀具壽命大為提高。但在車削淬硬鋼T12A時，C_xN_y涂層刀片的使用壽命低于PCBN刀片。在車削高強度中硬鋼602Mn時，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，其涂層技術已日趨成熟，使用效果亦日趨穩定。
2. 對于硬質合金刀片，經過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，其刀具壽命尚低于PCBN刀具；在車削高強度中硬鋼時，其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具，這樣就限制了C_xN_y涂層硬質合金刀具的應用。
3. C_xN_y涂層材料的各項力學、物理性能，需作全面的測試和深入研究。C_xN_y涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
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。這是一個很大的優點，可以補充金剛石刀具的不足，從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討，C_xN_y涂層超硬刀具有著美好的發展前景。