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1 硬质合金化学涂层原理与工艺1

1.1 化学涂层技术的发展1

1.2 涂层硬质合金梯度基体的制备3

1.2.1 硬质合金基体表层梯度结构的形成原理3

1.2.2 烧结体氮势对硬质合金基体梯度结构形成的影响5

1.2.3 碳势对硬质合金基体梯度结构形成的影响6

1.3 化学涂层原理8

1.3.1 化学气相沉积机理8

1.3.2 涂层化学反应热力学9

1.3.3 涂层化学反应动力学11

1.3.4 表面化学涂层材料选择13

1.3.5 硬质合金表面涂层结构设计15

1.4 化学涂层设备17

1.4.1 化学涂层设备原理17

1.4.2 瑞士IHI Ionbond AG公司典型的CVD涂层设备与技术19

1.4.3 PACVD涂层设备22

1.5 化学涂层工艺23

1.5.1 涂层制备工艺流程23

1.5.2 涂层反应物的技术要求24

1.5.3 CVD涂层工艺26

1.5.4 涂层工艺与质量控制27

1.6 化学涂层的结构和性能29

1.6.1 基体梯度结构对涂层结构的影响29

1.6.2 涂层的结构和性能30

1.6.3 多层复合涂层与基体的结合强度32

1.6.4 多层复合涂层残余应力和破损机理分析35

1.7 化学涂层抗氧化性与切削性能35

1.7.1 多层复合涂层的氧化行为与机理35

1.7.2 硬质合金化学涂层的切削性能37

2 物理涂层技术与设备41

2.1 物理涂层概述41

2.1.1 物理涂层及其特点41

2.1.2 物理气相沉积技术的发展42

2.2 物理涂层原理44

2.2.1 物理气相沉积基础知识44

2.2.2 薄膜生长47

2.2.3 真空蒸镀49

2.2.4 磁控溅射镀51

2.2.5 阴极电弧离子镀54

2.2.6 物理气相沉积涂层材料56

2.3 物理涂层设备与技术59

2.3.1 Balzers物理涂层设备与技术59

2.3.2 CemeCon涂层设备和技术63

2.3.3 欧洲其他公司涂层设备与技术67

2.3.4 涂层系统外围设备69

2.3.5 物理涂层工艺69

2.4 物理涂层的组织和性能70

2.4.1 TiAlN涂层和性能70

2.4.2 TiN/TiAlN涂层及应用74

2.4.3 TiAlSiN纳米复合涂层及应用76

2.5 涂层材料的表征方法81

2.5.1 涂层材料的表面形貌、成分和结构的表征方法81

2.5.2 涂层与基体的结合强度82

2.5.3 涂层硬质合金的弹性模量和硬度84

2.5.4 涂层残余应力分析85

2.5.5 涂层的热稳定性86

3 超细晶硬质合金88

3.1 超细／纳米WC及WC-Co复合粉的制备方法88

3.1.1 紫钨还原法制备超细WC粉88

3.1.2 细黄钨还原法制备纳米WC粉89

3.1.3 共沉淀法制备混合料92

3.1.4 直接还原碳化法93

3.1.5 原位还原碳化法93

3.1.6 化学气相反应合成法95

3.1.7 高能球磨与机械合金化法96

3.2 喷雾转换工艺法96

3.2.1 喷雾转换法工艺原理97

3.2.2 喷雾转换工艺主要设备97

3.2.3 钨钴复合氧化物前驱体粉末制备99

3.2.4 碳化钨钴复合粉末的流态化制备100

3.2.5 钨钴复合氧化物在流态化床中还原机理100

3.2.6 钨钴复合粉在流态化床中碳化反应机理103

3.2.7 钨钴复合粉性能105

3.3 超细／纳米晶WC-Co硬质合金制备106

3.3.1 超细／纳米粉末原料的选择106

3.3.2 超细／纳米粉末的球磨与成型108

3.3.3 超细／纳米硬质合金的烧结110

3.3.4 晶粒生长抑制剂和新型金属黏结剂114

3.3.5 超细钨钴硬质合金的组织与性能115

3.3.6 超细钨钴硬质合金的牌号与应用117

4 地矿工具与超粗晶硬质合金120

4.1 概述120

4.2 钎焊固齿工艺120

4.2.1 钎焊原理121

4.2.2 钎焊固齿工艺122

4.2.3 钎焊质量控制124

4.3 热嵌固齿工艺126

4.3.1 冷、热压固齿方法126

4.3.2 钎头体材料的选择128

4.3.3 热处理工艺129

4.3.4 齿孔加工130

4.3.5 固紧力与过盈量的选择130

4.4 矿用合金和地矿工具134

4.4.1 粗颗粒碳化钨135

4.4.2 矿用合金结构136

4.4.3 凿岩钻头合金成分与性能139

4.5 盾构刀具141

4.5.1 盾构掘进141

4.5.2 盾构刀具介绍142

4.5.3 刀圈钢材材质的选择及热处理工艺144

4.5.4 硬质合金刀片材质的选择及高性能硬质合金应用146

4.5.5 盾构刀具结构的整体优化146

4.6 超粗晶硬质合金与应用148

4.6.1 传统超粗晶硬质合金制备方法149

4.6.2 化学包裹钴粉工艺150

4.6.3 添加细粉助长粗晶工艺151

4.6.4 超粗晶硬质合金力学性能与结构的关系155

4.6.5 超粗晶硬质合金的应用157

5 Ti（C,N）基金属陶瓷刀具材料158

5.1 Ti（C,N）基金属陶瓷概述158

5.1.1 Ti（C,N）基金属陶瓷发展158

5.1.2 Ti（C,N）基金属陶瓷应用161

5.2 烧结过程演变163

5.2.1 压坯脱胶后的成分变化164

5.2.2 真空烧结过程中的收缩行为164

5.2.3 真空烧结过程中的脱气反应166

5.2.4 真空烧结过程中的固相反应和相成分变化167

5.2.5 烧结过程中的组织结构演变170

5.2.6 物理和力学性能173

5.3 烧结气氛对Ti（C,N）基金属陶瓷组织结构和性能的影响174

5.3.1 对金属陶瓷合金成分的影响174

5.3.2 对金属陶瓷组织结构的影响175

5.3.3 对金属陶瓷物理和力学性能的影响178

5.4 Ti（C,N）基金属陶瓷成分、组织结构与性能178

5.4.1 环形结构形成机理179

5.4.2 N的添加方式及N/（C＋N）比179

5.4.3 Co/（Co＋Ni）比181

5.4.4 Mo/（W＋Mo）比183

5.4.5 添加剂对组织和性能的影响187

6 钢结硬质合金189

6.1 合金组元及其作用189

6.1.1 铁碳相图基本知识189

6.1.2 硬质相组元191

6.1.3 钢基体合金元素192

6.1.4 提高钢结硬质合金性能的措施195

6.2 钢结硬质合金成分、结构和性能196

6.2.1 碳化钛系钢结硬质合金的成分、性能与应用196

6.2.2 碳化钨系钢结硬质合金的成分、性能与应用197

6.2.3 合金工具钢钢结硬质合金198

6.2.4 高锰钢钢结硬质合金202

6.2.5 不锈钢钢结硬质合金205

6.2.6 高速钢钢结硬质合金207

6.3 钢结硬质合金热处理、加工与应用209

6.3.1 钢结硬质合金的热处理209

6.3.2 钢结硬质合金毛坯锻造211

6.3.3 钢结硬质合金的加工214

6.3.4 钢结硬质合金的应用214

7 先进陶瓷刀具材料216

7.1 先进陶瓷刀具材料设计与制备216

7.1.1 先进陶瓷刀具材料的特点和分类216

7.1.2 先进陶瓷刀具材料的设计217

7.1.3 陶瓷的强化机理与方法220

7.1.4 先进陶瓷刀具制备224

7.2 氧化铝系列陶瓷刀具材料228

7.2.1 氧化铝系列陶瓷刀具材料的发展228

7.2.2 氧化铝基系列陶瓷刀具的种类和应用230

7.2.3 氧化铝基系列陶瓷刀片材料的制备和性能232

7.3 氮化硅和赛隆陶瓷刀具材料233

7.3.1 氮化硅陶瓷233

7.3.2 赛隆陶瓷（SiAlON）237

7.3.3 氮化硅和赛隆陶瓷刀具种类和应用242

7.4 氧化锆陶瓷工具材料246

7.4.1 单晶ZrO2的晶体结构、相变与稳定246

7.4.2 氧化锆陶瓷的制造和显微结构控制247

7.4.3 氧化锆陶瓷的性能和应用251

8 数控刀具设计与应用254

8.1 刀具的基本知识254

8.1.1 刀具结构254

8.1.2 刀具的分类256

8.2 切削的基本知识261

8.2.1 切削用量261

8.2.2 切削力262

8.2.3 切削热和切削温度264

8.2.4 切屑的类型及控制266

8.3 数控刀具的设计与举例268

8.3.1 可转位数控刀片设计269

8.3.2 可转位铣刀设计277

8.3.3 可转位车刀设计282

8.3.4 钻头设计287

8.3.5 其他典型刀具设计288

8.4 刀具材料选择与应用289

8.4.1 刀具材料的分类与性能290

8.4.2 刀具材料的选用292

8.4.3 刀具磨损失效与对策297

8.4.4 切削用量的合理选择299

8.4.5 高速切削技术299

9 超硬材料与工具302

9.1 超硬材料的发展与现状302

9.1.1 金刚石302

9.1.2 立方氮化硼303

9.1.3 聚晶金刚石304

9.1.4 聚晶立方氮化硼307

9.1.5 超硬材料薄膜310

9.2 金刚石制造理论基础311

9.2.1 金刚石的组成、结构和性质311

9.2.2 石墨－金刚石平衡曲线313

9.2.3 金刚石合成机理315

9.3 高压高温触媒法合成金刚石317

9.3.1 静态高压高温合成技术的发展317

9.3.2 静态高压高温合成设备319

9.3.3 合成原辅材料321

9.3.4 静态高压高温触媒法合成工艺324

9.3.5 动态高压合成金刚石326

9.4 立方氮化硼制造技术327

9.4.1 立方氮化硼的结构与性质327

9.4.2 立方氮化硼合成方法和机理328

9.4.3 静态高压高温触媒法合成立方氮化硼330

9.5 聚晶金刚石制造技术332

9.5.1 烧结型聚晶金刚石合成方法和机理333

9.5.2 烧结型聚晶金刚石制造工艺335

9.6 聚晶立方氮化硼制造技术339

9.6.1 聚晶立方氮化硼的分类和特性339

9.6.2 聚晶立方氮化硼合成方法和机理339

9.6.3 聚晶立方氮化硼制造工艺340

9.7 超硬薄膜材料342

9.7.1 金刚石薄膜的制备342

9.7.2 类金刚石薄膜的制备345

9.8 超硬材料刀具348

9.8.1 超硬刀具的分类和性能特点348

9.8.2 金刚石刀具的制造350

9.8.3 金刚石刀具的典型应用353

9.8.4 PCBN刀具的制造358

9.8.5 PCBN刀具的典型应用358

9.9 超硬材料磨具、钻具和锯切工具361

9.9.1 超硬材料磨具361

9.9.2 金刚石钻具365

9.9.3 金刚石锯切工具369

参考文献373