【摘 要】
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碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP）和钛合金在航空航天领域的大范围使用,使得两部分材料之间存在大量连接及装配需求。CFRP和钛合金都属于典型难加工材料,使得钻削CFRP/Ti叠层结构过程中存在钻具寿命低、制孔质量差、加工效率低等问题。类金刚石薄膜（Diamond Like Carbon,简称DLC）具有耐磨损、耐腐蚀和自润滑等优良特性,有望
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碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP）和钛合金在航空航天领域的大范围使用,使得两部分材料之间存在大量连接及装配需求。CFRP和钛合金都属于典型难加工材料,使得钻削CFRP/Ti叠层结构过程中存在钻具寿命低、制孔质量差、加工效率低等问题。类金刚石薄膜（Diamond Like Carbon,简称DLC）具有耐磨损、耐腐蚀和自润滑等优良特性,有望成为解决CFRP/Ti叠层结构制孔难题的理想薄膜材料。本研究致力于高性能DLC薄膜的制备研究,在硬质合金试样和钻具表面分别制备不同过渡层W-DLC薄膜并进行综合性能分析和优选;又采用湿喷砂和拖曳式打磨（抛光）两种方式对硬质合金钻具进行刃口钝化,再在刃口上制备优选薄膜,得到了适用于CFRP/Ti叠层结构的高性能DLC薄膜钻具及其制备工艺。本研究的主要研究内容和结论如下:设计了 CrN、TiAlN和CrAlN为过渡层的W-DLC薄膜,并利用多功能离子镀膜沉积系统在硬质合金试样表面制备了 CrN+W-DLC、TiAlN+W-DLC、CrAlN+W-DLC薄膜。通过对比不同过渡层W-DLC薄膜的性能,发现CrN+W-DLC薄膜的膜基结合力最高,达到了 58.10N,附着力等级最高,为HF1;在2N载荷下,三种过渡层W-DLC薄膜均表现出较好的摩擦学性能;CrN+W-DLC薄膜表现出最好的耐冲击韧性。为了评价不同过渡层W-DLC薄膜的钻削性能,在硬质合金钻具表面制备了上述不同过渡层W-DLC薄膜,并在CFRP/Ti叠层结构上进行钻削试验。相同测试条件下钻削3 1个孔后,CrN+W-DLC薄膜钻具主后面的磨损量为61.7μm,CFRP出口一维分层系数Fd为1.11,优于其他两种薄膜钻具和硬质合金钻具。采用湿喷砂和拖曳式打磨（抛光）两种方式对硬质合金钻具进行刃口钝化,再在刃口上沉积CrN+W-DLC薄膜,并与未钝化带薄膜钻具进行钻削性能对比。结果表明采用湿喷砂和拖曳式打磨（抛光）进行刃口钝化的CrN+W-DLC薄膜钻具较未进行刃口钝化的CrN+W-DLC薄膜钻具的钻削性能有了很大提高;且采用湿喷砂进行刃口钝化的CrN+W-DLC薄膜钻具钻削性能最好,钻削同样数量孔时,钛合金和CFRP的制孔质量最优。综上所述,对硬质合金钻具进行刃口钝化并在其表面制备高性能DLC薄膜可以有效提高CFRP/Ti叠层结构制孔质量和钻具寿命,对提高两种材料结构装配安全性和可靠性具有重要意义。
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