论文部分内容阅读
当今世界,油气资源愈加紧缺,开采环境愈发恶劣。镍基高温合金是该环境下理想的油井管材料,国际通行的加工镍基合金油套管管螺纹的刀具是硬质合金管螺纹涂层梳刀。由于刀具所处工况复杂,致使涂层刀具膜-基系统性能与减摩润滑状态差,刀具寿命短,加工效率低。为此,改善涂层刀具的膜-基系统性能与摩擦磨损状态具有极其重要的意义。 针对涂层梳刀膜-基系统与摩擦磨损性能提升的需求,本文提出基于TiAlN涂层梳刀膜-基系统的激光微织构/冲击复合工艺,即涂层梳刀基体激光微织构与其涂层表面激光冲击强化的复合工艺。为了探究该复合工艺思想,本文开展了硬质合金TiAlN涂层梳刀的膜-基系统性能与摩擦磨损状态探索性试验研究。主要内容有: 首先,在刀具基体上进行了激光微织构的加工。采用光纤激光器,在硬质合金刀具基体上进行了不同工艺参数的微凹坑织构,分析了加工功率、加工次数与扫描路径等工艺参数对微凹坑尺寸及形貌的影响。结果显示:激光加工功率7W,加工次数3~5次,光斑走封闭式阿基米德螺旋线在所选用的参数中较为合适。 其次,探讨了膜-基系统激光微织构/冲击复合工艺对TiAlN涂层刀具膜-基系统匹配性能的影响。采用PVD技术对微织构刀具表面进行了TiAlN涂层的沉积,再利用纳秒激光对该基体微织构涂层刀具的涂层表面进行激光冲击强化,分析了膜-基系统激光微织构/冲击复合工艺对涂层刀具表面残余应力与显微硬度的影响规律。结果显示:TiAlN涂层梳刀膜-基系统激光微织构/冲击复合工艺使涂层刀具的表面残余应力与显微硬度得到了明显改善。 最后,研究了膜-基系统激光微织构/冲击复合工艺对TiAlN涂层刀具膜-基结合力与摩擦磨损性能的影响。分析了膜-基系统激光微织构/冲击复合工艺对涂层刀具膜-基结合力、摩擦系数与磨痕形貌的影响。结果显示:单一刀具基体微织构工艺,合适的微凹坑几何形貌特征使涂层表面的摩擦系数更加稳定;与基体微织构工艺相比,膜-基系统激光微织构/冲击复合工艺对膜-基结合力有明显提高,但并未使涂层刀具表面摩擦系数与磨痕形貌得到进一步改善;与传统涂层梳刀比较,基体微织构工艺与膜-基系统激光微织构/冲击复合工艺涂层刀具的磨损机制并未发生改变,但是涂层刀具的摩擦磨损性能得到了一定改善。