Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN VĂN TÍCH “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN VĂN TÍCH

“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT TỚI CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9XC BẰNG DAO

HỢP KIM CỨNG PHỦ CVD”

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Thái Nguyên - 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phan Quang Thế và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào

Nếu có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Người cam đoan

Trần Văn Tích

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn PGS.TS Phan Quang Thế - Hiệu trưởng trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên - Thầy hướng dẫn khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn của thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi viết luận văn

Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy (cô) giáo – Khoa Cơ khí, Trung tâm thí nghiệm – Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên , về sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô trong quá trình tôi làm thí nghiệm và viết luận văn

Tôi cũng muốn bày tỏ lời cảm ơn tới Ban giám hiệu, Lãnh đạo khoa và các giáo viên trong khoa cơ khí - Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Phú Thọ đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình

Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này

Tác giả

Trần Văn Tích

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tên đề tài nghiên cứu: 1

3 Mục tiêu nghiên cứu 2

4 Dự định kết quả 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Các công cụ, thiết bị nghiên cứu 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG 4

VÀ DỤNG CỤ CẮT PHỦ BAY HƠI 4

1.1 Tổng quan về tiện cứng 4

1.1.1 Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng 4

1.1.2 Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng 7

1.1.2.1 Các hình thái phoi khi cắt kim loại 8

1.1.2.2 Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng 10

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi tạo phoi 11

1.1.3.1 Hiện tượng biến dạng phoi 11

1.1.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng phoi 12

1.2 Dụng cụ cắt phủ bay hơi 16

1.2.1 Tổng quan về phủ bay hơi 16

1.2.2 Phủ CVD 17

1.2.2.1 Đinh nghĩa 17

1.2.2.2 Đặc trưng của phủ CVD 18

1.2.3 Phủ PVD 19

1.2.4 Vật liệu lớp phun phủ 20

1.2.5 Định hướng nghiên cứu 25

Chương II: MÒN DỤNG CỤ CẮT 26

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2.1 Ma sát của dụng cụ phủ 26

2.2 Mòn của dụng cụ phủ 27

2.3 Độ mòn dao 28

2.3.1 Các dạng mòn dụng cụ cắt 29

2.3.2 Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt 31

2.3.3 Mòn của dụng cụ phủ bay hơi 35

2.3.4 Ảnh hưởng của mòn dụng cụ phủ đến chất lượng bề mặt gia công 36

2 4 Kết luận 36

Chương III NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT TỚI CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI TIỆN TINH THÉP 9XC BẰNG DAO HỢP KIM CỨNG PHỦ CVD 37

3.1 Thí nghiệm 37

3.1.1 Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm: 37

3.1.2 Mô hình thí nghiệm 37

3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 38

3.1.3.1 Máy 38

3.1.3.2 Dao 39

3.1.3.3 Phôi 40

3.1.3.4 Chế độ cắt 41

3.1.4 Thiết bị đo khác 41

3.1.4.1 Máy đo độ nhám bề mặt 41

3.1.4.2 Kính hiển vi điện tử SEM 42

3.2.1 Phân tích nhám bề mặt phôi thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau 43

3.2.2 Phân tích lượng mòn mặt mặt trước mảnh dao phủ TiAlN khi tiện cứng thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau 46

3.2.3 Phân tích lượng mòn mặt mặt trước mảnh dao phủ TiAlN khi tiện cứng thép 9XC ở các độ chế độ cắt khác nhau qua hình chụp Topography bề mặt 49

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 55

4.1 Kết luận chung 55

4.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ap: Chiều dày phoi

Kbd: Mức độ biến dạng của phoi trong miền tạo phoi

Mms: Mức độ biến dạng của phoi do ma sát với mặt trước của dao Kf: Mức độ biến dạng của phoi

θ : Góc trượt

γ: Góc trước của dao

PX: Lực chiều trục khi tiện

PY: Lực hướng kính khi tiện

PZ: Lực tiếp tuyến khi tiện

ΔFc, ΔFt: Áp lực tiếp tuyến và pháp tuyến trên vùng mòn mặt sau

μ : Hệ số ma sát trên vùng ma sát thông thường của mặt trước

r : Bán kính mũi dao

hmin: Chiều dày phoi nhỏ nhất

Ra, Rz: Độ nhám bề mặt khi tiện

PVD: Phủ bay hơi vật lý

CVD: Phủ bay hơi hóa học

DDTN: Dung dịch tưới nguội

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ hóa miền tao phoi 4

Hình 1.2.: Các dạng phoi 6

Hình 1.3: Hiện tượng lẹo dao 6

Hình 1.4 Sơ đồ hình thành bề mặt gia công và phoi khi cắt có lẹo dao 7

Hình 1.5 Cơ chế hình thành dạng phoi ổn định: Trượt tập trung trên mặt phẳng (a), vùng trượt tạo thành mảng (b), vùng trượt mở rộng bên dưới bề mặt gia công (c) 9

Hình 1.6 Các dạng phoi phân đoạn: phoi lượn sóng (a) và phoi răng cưa (b) 9

Hình 1.7 Sơ đồ các giai đoạn của quá trình tạo phoi do trượt cục bộ 11

trong cắt kim loại 11

Hình 1.8: Biến dạng phoi 12

Hình 1.9: Quan hệ giữa tốc độ cắt và biến dạng của phoi 13

Hình 1.10: Quan hệ giữa chiều dày cắt và biến dạng của phoi 14

Hình1.11: Quan hệ giữa góc trước và biến dạng của phoi 14

Hình1.12 Quan hệ giữa bán kính mũi dao r và biến dạng của phoi 15

Hình 1.13: Ảnh hưởng của đến biến dạng phoi 15

Hình 1.14 Khả năng chịu tải trọng của lớp phủ cứng trên nền mềm hơn 22

Hình 2.1 Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Maiman 26

Hình 2.2 Mòn mặt sau 29

Hình 2.3 Mòn mặt trước 30

Hình 2.4 Mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau 30

Hình 2.5 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt liên tục 31

Hình 2.6 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi cắt gián đoạn 32

Hình 2.7 Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mòn mặt trước của dụng cụ thép gió phủ TiN 35

Hình 3.1: Kết quả xử lý giữ liệu Ra 45

Hình 3.2: Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của V và S đến nhám bề mặt 45

Hình 3.3: Biểu đồ bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và nhám bề mặt (Sử dụng phần mềm Matlab để vẽ biều đồ quan hệ) 46

Hình 3.4: Kết quả xử lý giữ liệu lượng mòn 47

Hình 3.5: Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của V và S đến lượng mòn U 48

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.6: Biểu đồ bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lượng chạy dao và lượng mòn

(Sử dụng phần mềm Matlab để vẽ biều đồ quan hệ) 48

Hình 3.9 Ảnh phân tích EDX vùng đen trên phần cắt của dao trên kính hiển vi điện tử 49

Hình 3.10 Ảnh phân tích EDX vùng trắng trên phần cắt của dao trên kính hiển vi điện tử 50

Hình 3.11 a: Kết quả chụp lượng mòn mặt trước qua các thí nghiệm thứ 1 50

Hình 3.11 b: Kết quả chụp lượng mòn mặt trước qua các thí nghiệm thứ 2 51

Hình 3.11 c,d,e: Kết quả chụp lượng mòn mặt trước qua các thí nghiệm thứ 3,4,5 51

Hình 3.11 f,g,h và i: Kết quả chụp lượng mòn mặt trước qua các thí nghiệm thứ 6,7,8 và 9 52

Hình 3.12: Kết quả chất lượng bề mặt trước qua các thí nghiệm 53

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Dữ liệu thị trường thế giới về phủ bay hơi cho dụng cụ trong lĩnh vực tạo

hình và cắt vật liệu 17 Bảng 3.1: Thành phần hóa học thép 9XC 40

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tên đề tài nghiên cứu:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD”

2 Giới thiệu

Trong ngành công nghiệp gia công cơ khí, chất lượng bề mặt là một chỉ tiêu đặc biệt quan trọng trong đánh giá, nghiệm thu sản phẩm.Vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, độ bền, độ bền mỏi cũng như tuổi thọ của chi tiết máy Để đạt được chất lượng bề mặt theo yêu cầu, sau khi gia công cứng thường có công đoạn mài, đánh bóng Việc làm này tốn khá nhiều thời gian và công sức Nâng cao chất lượng bề mặt sau khi gia công cứng có thể dẫn đến giảm thời gian, thậm chí loại bỏ được công đoạn này

Tiện cứng là nguyên công tiện các chi tiết đã qua tôi (thường là thép hợp kim)

có độ cứng cao khoảng từ 40 – 60 HRC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ô

tô, chế tạo bánh răng, vòng ổ, dụng cụ, khuôn mẫu vv… Tiện cứng được sử dụng thay mài khi gia công chính xác các chi tiết máy có tỉ số trên đường kính nhỏ, các chi tiết có hình dạng phức tạp và không nhất thiết phải sử dụng dung dịch trơn nguội Tiện cứng cho độ chính xác cao và nhám bề mặt tương đương với mài nhưng tiện có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suát dư nén làm tăng tuổi thọ về mỏi của chi tiết máy trong các tiếp xúc lăn khi sử dụng, cho năng suất cao hơn mài với đầu

tư ban đầu thấp hơn nhiều Tiện cứng thường dùng trong nguyên công tiện tinh với

độ chính xác ngang mài nên các yêu cầu về độ chính xác, độ cứng vững của hệ thống công nghệ rất khắt khe

Việc áp dụng tiện cứng thay cho mài đang trở nên khá phổ biến trên thế giới bởi những ưu điểm nổi bật của nó, nhất là hiện nay vấn đề môi trường đang được sự quan tâm đặc biệt của toàn thế giới Ở nước ta, tiện cứng đã và đang được áp dụng và phát triển khá mạnh, các chi tiết như con lăn trong các dây truyền cán thép, chày cối dập thuốc, vòng ổ… cũng đã được gia công lần cuối bằng tiện cứng thay cho mài

Vì những lý do trên trong gia công lần cuối so với mài, tiện cứng ngày càng được các nhà sản xuất yêu thích hơn

Những kết quả nghiên cứu được công bố gần đây trên các tạp chí khoa học cho thấy việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cắt, chế độ cắt đến quá trình tiện cứng, ảnh hưởng của độ cứng dao đến nhám bề mặt và lực cắt khi tiện Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt như thế nào khi tiện tinh thép 9XC ( Nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt ) khi gia công tiện cứng bằng dao hợp kim cứng phủ CVD , nhằm tìm ra chế độ cắt hợp lý để chất lượng bề mặt đạt tối ưu sẽ tiếp tục đóng góp thêm các kiến thức vào việc nghiên cứu quá trình tiện cứng Thép 9XC là một loại vật liệu có nhiều ưu điểm được dùng rộng rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp nhằm thỏa mãn các yêu cầu về khả năng làm việc đang là yêu cầu cần thiết của các nhà sản xuất

Xác định chế độ cắt khi tiện tinh thép 9XC phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ, công suất của máy, phạm vi làm việc của dụng cụ cắt và độ bóng yêu cầu của chi tiết gia công Để nghiên cứu và xác định được chế độ cắt hợp lý ta phải thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm bao gồm hàng loạt các thí nghiệm được lặp lại nhiều lần trong điều kiện không đổi để có khả năng ghi nhận kết quả Điều kiện thí nghiệm được xác định bằng những yếu tố không phụ thuộc Trong đề tài nghiên cứu của luận văn tác giả đề cập đến các yếu tố nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt, lượng chạy dao, ảnh hưởng tới đối tượng nghiên cứu là độ nhám bề mặt sau khi gia công và mòn dụng cụ cắt

Xuất phát từ những lý do trên tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng

của chế độ cắt tới chất lượng bề mặt khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD”

3 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá ảnh hưởng của chế độ cắt (s,v,t) tới chất lượng bề mặt ( đánh giá

thông qua độ nhám bề mặt, mòn dụng cụ cắt ) khi tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD Qua đó đưa ra được bộ thông số chế độ cắt thích hợp khi tiện cứng thép 9XC để đạt chất lượng bề mặt theo yêu cầu

4 Dự định kết quả

Đưa ra được bộ thông số chế độ cắt thích hợp khi tiện cứng thép 9XC để đạt chất lượng bề mặt theo yêu cầu, là một loại thép có nhiều ưu điểm được dùng rộng

rãi nhất để chế tạo dụng cụ cắt với vận tốc thấp

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm để xác định chất lượng bề mặt khi thay đổi chế độ cắt trong gia công tiện tinh thép 9XC bằng dao hợp kim cứng phủ CVD trong các khoảng thời gian khác nhau

Xử lý các số liệu thực nghiệm để tìm chế độ cắt tối ưu nhằm đạt được chất lượng

bề mặt theo yêu cầu

6 Các công cụ, thiết bị nghiên cứu

* Mẫu thí nghiệm: Phôi thép 9XC tôi thể tích độ cứng đạt 52-55HRC

* Máy tiện Quick Turn Smark 200- Mazak

* Máy đo độ nhám Mitutoyo – SJ 210

* Kính hiển vi điện tử SEM

* Dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng phủ CVD

* Dụng cụ do kích thước :

- Thước cặp 1/50 L150 Mitutoyo, độ phân giải 0,02mm

- Pan me 25-50 Mitutoyo, độ phân giải 0,01mm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TIỆN CỨNG

, độ cứng, mức độ biến dạng và cấu tạo phoi chứng tỏ rằng lớp kim loại bị cắt thành phoi đã chịu một ứng suất như vậy

Hình 1.1 Sơ đồ hóa miền tao phoi

của công cắt, độ mòn của dao và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rõ rệt vào

công theo mặt trước Khi dao tiếp tục chuyển động trong vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi,

biến dạng này nhanh chóng chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày Ap thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a, di chuyển dọc theo mặt trước của dao

Các dạng phoi

Tuỳ theo vật liệu của chi tiết gia công, thông số hình học của dụng cụ cắt, chế

độ cắt phoi cắt tạo ra có nhiều hình dạng khác nhau (hình 1.2) Dựa vào các dạng phoi có thể đánh giá được chất lượng bề mặt chi tiết gia công

Có 3 dạng phoi chủ yếu:

* Phoi xếp: Có dạng từng đốt xếp lại, mặt phoi đối diện với mặt trước của

dụng cụ cắt thì rất bóng, mặt kia có dạng răng cưa (hình 1.2 a,b) Phoi xếp xuất hiện khi gia công vật liệu dẻo (thép, đồng thau ) ở tốc độ cắt thấp, chiều dầy cắt lớn, góc cắt lớn (góc trước nhỏ) Khi tạo thành phoi xếp kim loại bị biến dạng rất lớn

* Phoi dây: Có dạng kéo dài liên tục mặt phoi đối diện với mặt trước của

dụng cụ cắt nhẵn bóng, mặt những phần tử riêng biệt có hình dáng khác nhau, không liên kết hoặc liên kết yếu với nhau (hình 1.2e) Phoi vụn có được khi gia công vật liệu giòn (gang, đồng thau cứng ), bề mặt chi tiết gia công có cấu tạo gần giống như bề

mặt kim loại bị phá huỷ giòn, chất lượng bề mặt rất thấp.kia hơi gợn (hình 1.2c,d) Ở

phoi dây khó quan sát mặt trượt hơn phoi xếp, điều đó chứng tỏ biến dạng dẻo khi tạo thành phoi dây ít hơn khi tạo thành phoi xếp do đó cho chất lượng bề mặt chi tiết gia công cao hơn Phoi dây được tạo thành khi gia công vật liệu dẻo ở tốc độ cắt cao, chiều dầy cắt nhỏ

* Phoi vụn: Phoi gồm những phần tử riêng biệt có hình dáng khác nhau,

không liên kết hoặc liên kết yếu với nhau (hình 1.2 e) Phoi vụn có được khi gia công vật liệu giòn (gang, đồng thau cứng ), bề mặt chi tiết gia công có cấu tạo gần

giống như bề mặt kim loại bị phá huỷ giòn, chất lượng bề mặt rất thấp

Hình 1.2.: Các dạng phoi

Hiện tượng lẹo dao

Hiện tượng: Trong quá trình cắt kim loại, ở điều kiên cắt gọt nào đó, đặc biệt

là trong quá trình cắt vật liệu dẻo tạo ra phoi dây Trên mặt trước của dao kề ngay lưỡi cắt chính xuất hiện những lớp vật liệu có cấu trúc và cơ lý tính khác hẳn với vật liệu của chi tiết gia công và vật liệu làm dao, gắn chặt vào lưỡi cắt Hiện tượng này gọi là hiện tượng lẹo dao, khối kim loại đó gọi là khối lẹo hay lẹo dao Lẹo dao có hình dạng như hình 1.3

Hình 1.3: Hiện tượng lẹo dao

Nghiên cứu của Williams và Rollason chứng tỏ lẹo dao chỉ xuất hiện khi cắt vật liệu có hai pha trở lên mà không xuất hiện khi cắt kim loại nguyên chất hay hợp kim một pha Sự hình thành của lẹo dao chứng tỏ có liên quan mật thiết đến cấu trúc

tế vi của vật liệu

Hình 1.4 a, Sơ đồ hình thành bề mặt gia công và phoi khi cắt có lẹo dao

b, Sơ đồ lý tưởng “Flow zone” trên mặt trước của dụng cụ

Theo Trent [22] khi cắt ở chế độ cắt cao “Flow zone” được hình thành trên mặt trước (Hình 1 4b) Lớp cuối cùng của phoi dừng hẳn trên hầu hết diện tích tiếp xúc của mặt trước còn các lớp tiếp theo biến dạng dẻo tạo thành vùng biến dạng thứ hai

1.1.2 Đặc điểm của quá trình tạo phoi khi tiện cứng

Trong tiện cứng, quá trình biến dạng trong vùng tạo phoi diễn ra rất phức tạp, chủ yếu do độ cứng của vật liệu gia công (sau khi tôi) nên giải pháp tốt nhất vẫn là sử dụng mảnh dao có độ cứng, khả năng chịu nhiệt cao Tiêu biểu cho nhóm này là các mảnh CBN, PCBN, dao hợp kim cứng phủ CVD, PVD…

Theo Poulachon [15] và đồng nghiệp chỉ ra rằng thường có hai cơ chế tạo phoi khi gia công thép tôi

- Cơ chế thứ nhất cho rằng Adiabatic shear gây ra sự không ổn định dẫn đến

sự trượt mạnh trong vùng tạo phoi

- Cơ chế thứ hai cho rằng các vết nứt đầu tiên xuất hiện theo chu kỳ trên bề mặt tự do của phoi phía trước lưỡi cắt và truyền dẫn đến lưỡi cắt Poulachon [15] và

đồng nghiệp cũng khẳng định rằng khi tiện trực dao thép 100Cr6 trong dải độ cứng

từ 10 ÷ 62 HRC tồn tại 3 kiểu cơ chế cắt

Phoi dây được tạo ra khi tiện thép có độ cứng từ 10 ÷ 50 HRC, lực cắt giảm khi tăng độ cứng trong dải này Điều này được giải thích là khi độ cứng của vật liệu gia công tăng sẽ làm tăng nhiệt độ trong vùng tạo phoi dẫn đến tăng góc tạo phoi và giảm chiều dài tiếp xúc giữa phoi và mặt trước Cả hai yếu tố đều có tác dụng giảm lực cắt

Khi tăng độ cứng của vật liệu gia công lên trên 50HRC, phoi sẽ chuyển từ phoi dây sang phoi dạng răng cưa và lực cắt tăng lên Khi tăng độ cứng, góc tạo phoi tăng và chiều dày của phoi giảm Khi độ cứng tăng, tồn tại hai yếu tố trái ngược ảnh hưởng đến cơ chế tạo phoi, đó là tăng độ bền của vật liệu gia công

do tăng độ cứng và giảm độ bền của vật liệu gia công do tăng nhiệt độ trong vùng tạo phoi

Khi độ cứng tiếp tục tăng, vật liệu gia công trở nên giòn hơn và yêu cầu năng lượng cắt nhỏ hơn Khi gia công vật liệu giòn, biến dạng nứt trở nên nhỏ hơn và khi

nó nhỏ hơn một giới hạn nhất định, nứt trở nên thịnh hành và hiện tượng trượt cục

bộ xảy ra gián đoạn trong vùng trượt Khi hiện tượng này xảy ra, nhiệt độ trong dụng cụ không tăng mà lại bắt đầu giảm Một điều cần lưu ý là phoi dạng răng cưa xuất hiện khi khi gia công phôi có độ cứng thấp hơn nhưng với vận tốc cắt cao hơn Điều này chứng tỏ cơ chế tạo phoi được điều khiển bởi sự cân bằng giữa vần tốc cắt

và độ cứng của vật liệu gia công và mối quan hệ giữa hai yếu tố này với nhiệt độ trong vùng cắt

1.1.2.1 Các hình thái phoi khi cắt kim loại

Phoi hình thành trong quá trình cắt kim loại rất đa dạng song có thể chia thành hai dạng cơ bản [10]:

+ Dạng phoi dây ổn định (phoi liền): với ba loại tùy theo cơ chế hình thành bao gồm: vùng trượt tập trung gần như một mặt phẳng, vùng trượt có dạng mảng và vùng trượt mở rộng có biến dạng dẻo bên dưới bề mặt do dao mòn (Hình 1.4) [10]

Hình 1.5 Cơ chế hình thành dạng phoi ổn định: Trượt tập trung trên mặt phẳng (a), vùng trượt tạo thành mảng (b), vùng trượt mở rộng bên dưới bề mặt gia công (c)

+ Dạng phoi tuần hoàn: phoi rời, phoi lượn sóng, phoi răng cưa (phoi xếp) và phoi tạo thành với lẹo dao

Đôi khi còn có dạng phoi với bề dày thay đổi không tuần hoàn, đặc biệt là khi cắt kim loại nguyên chất Khái niệm phoi phân đoạn thường được dùng để mô tả cả phoi lượn sóng và phoi răng cưa không còn phù hợp từ khi sự khác biệt giữa hai loại phoi này được nhận diện Ví dụ, tần số chu kỳ của phoi lượn sóng thường khoảng 100Hz trong khi tần số chu kỳ của phoi răng cưa lớn hơn 2÷4 lần Hơn nữa, phoi lượn sóng không có các đỉnh sắc nhọn như phoi răng cưa (Hình 1.5) [10]

Hình 1.6 Các dạng phoi phân đoạn: phoi lượn sóng (a) và phoi răng cưa (b)

1.1.2.2 Cơ chế hình thành phoi khi tiện cứng

Sự khác biệt cơ bản của quá trình tạo phoi khi gia công thép cứng và thép thông thường là sự hình thành phoi răng cưa, lần đầu tiên được Shaw phát hiện vào năm 1954 [10] Các lý thuyết khác nhau để giải thích về cơ chế hình thành phoi răng cưa có thể chia thành hai dạng: Dạng thứ nhất dựa trên sự trượt đoạn nhiệt ban đầu, một trạng thái mất ổn định nhiệt dẻo thường thấy ở các vật liệu hạn chế về khả năng biến cứng khi bị biến dạng ở tốc độ cao hoặc biến dạng dẻo lớn [10] Dạng thứ hai cho rằng do sự mất ổn định theo chu kỳ dựa trên sự xuất hiện và lan truyền của các vết nứt

ở bề mặt tự do của phoi [14]

Theo quan điểm thứ nhất, sự thay đổi của tốc độ cắt khi gia công các loại vật liệu khó gia công gây ra sự không ổn định của quá trình đã dẫn đến phản ứng cơ nhiệt của vật liệu phôi dưới điều kiện cắt gọt Kết quả là sự trượt cục bộ và dạng phoi tuần hoàn được hình thành Trượt cục bộ làm lực cắt thay đổi tuần hoàn và gây

ra dao động hoặc va đập trong quá trình cắt, đặc biệt khi độ cứng vững của hệ thống thấp và nhiệt độ trên bề mặt tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ lớn Phoi hình thành do trượt cục bộ là dạng phoi điển hình khi gia công các vật liệu có hệ thống trượt hạn chế (cấu trúc tinh thể sáu cạnh), khả năng dẫn nhiệt kém, độ cứng cao như các loại thép hợp kim cứng, các loại siêu hợp kim của titan và niken Trái lại, phoi ổn định

là dạng phoi thích hợp khi gia công các loại vật liệu có hệ thống trượt mạnh (cấu trúc tinh thể bốn cạnh), tính dẫn nhiệt tốt, độ cứng thấp như các loại thép các bon và thép hợp kim thông thường [10]

Cơ chế hình thành phoi do trượt cục bộ gồm một chuỗi các quá trình với hai giai đoạn cơ bản: Giai đoạn thứ nhất là sự trượt không ổn định và biến dạng cục bộ trong một dải hẹp ở vùng trượt thứ nhất phía trước dụng cụ Giai đoạn thứ hai là quá trình phá hủy theo đường nghiêng hình chêm của vật liệu phôi khi dụng cụ tiến về phía trước với biến dạng không đáng kể để hình thành một phân đoạn phoi [10] Quá trình hình thành phoi do trượt cục bộ khác hẳn với quá trình hình thành phoi liền ổn định (Hình 1.6) Trong trường hợp hình thành phoi liền ổn định, hiện tượng biến cứng chiếm ưu thế so với hiện tượng mềm hoá vì nhiệt Khi trượt diễn ra

dọc theo mặt phẳng trượt chính a, do bị biến cứng nên ứng suất yêu cầu cho biến dạng tiếp theo trở nên lớn hơn và mặt phẳng yếu nhất sẽ chuyển sang mặt phẳng tiếp theo Vì vậy, trượt sẽ chuyển sang mặt phẳng tiếp theo dẫn đến một sự phân bố biến dạng đồng đều trong phoi ở cấp độ tổng thể Trong trường hợp hình thành phoi

do trượt cục bộ, sự mềm hoá vì nhiệt chiếm ưu thế hơn sự biến cứng

Hình 1.7 Sơ đồ các giai đoạn của quá trình tạo phoi do trượt cục bộ

trong cắt kim loại

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi tạo phoi 1.1.3.1 Hiện tượng biến dạng phoi

Khi cắt kim loại bị biến dạng dẻo nên kích thước của phôi thường thay đổi so với kích thước của lớp cắt sinh ra nó (hình 1.7)

Gọi l: Chiều dài lớp cắt

lf : Chiều dài phoi

a: Chiều dầy lớp cắt

af : Chiều dầy phoi

bf : Chiều rộng phoi

Hình 1.8: Biến dạng phoi

Thông thường : lf < l ; af > a ; bf b Hiện tượng thay đổi kích thước này gọi là

hiện tượng biến dạng phoi (còn gọi là hiện tượng co dãn phoi)

Để đánh giá mức độ biến dạng phoi dùng hệ số co rút phoi

- Hệ số biến dạng phoi theo chiều dọc:

f

Kl = Ka = K

Gọi K là hệ số co rút phoi, thông thường K 1

1.1.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng phoi

K đặc trưng cho sự biến dạng xảy ra trong quá trình cắt gọt K càng lớn biến dạng càng lớn Trong cắt gọt người ta mong muốn K nhỏ tức là biến dạng nhỏ, khi đó

công tiêu hao trong quá trình cắt gọt bé, chất lượng bề mặt của chi tiết gia công cao Do

đó các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi tạo phoi cũng chính là những yếu tố ảnh hưởng đến hệ số biến dạng

* Ảnh hưởng của tốc độ cắt

Thực nghiệm cho thấy quan hệ giữa hệ số biến dạng K và tốc độ cắt V được biểu diễn như hình 1.8

- Khi Vc tăng từ V1 V2 K giảm, chất lượng bề mặt tăng

- Trong vùng tốc độ cắt này khi Vc tăng tăng lực ma sát tăng, biến dạng của phoi tăng Mặt khác khi đó lẹo dao xuất hiện và tăng dần làm tăng góc trước, giảm góc cắt quá trình cắt dễ dàng hơn, phoi thoát ra dễ dàng hơn biến dạng của phoi giảm và đạt giá trị cực tiểu tại B ứng với Vc = V2 (tại đây chiều cao lẹo dao lớn nhất) Hai ảnh hưởng này bù trừ lẫn nhau nhưng ảnh hưởng của lẹo dao lớn hơn

Hình 1.9: Quan hệ giữa tốc độ cắt và biến dạng của phoi

- Khi Vc tăng từ V2 V3 K tăng, chất lượng bề mặt giảm

Trong vùng tốc độ cắt này, khi Vc tăng chiều cao lẹo dao giảm dần, dẫn đến góc trước giảm, góc cắt tăng, biến dạng của phoi tăng Khi Vc tăng, hệ số ma sát giảm, lực ma sát giảm, biến dạng của phoi giảm Kết hợp hai ảnh hưởng này, ảnh hưởng của lẹo dao lớn hơn nên khi Vc tăng, biến dạng của phoi tăng và đạt giá trị cực đại khi Vc = V3 (tại đây lẹo dao mất hẳn)

- Khi Vc > V3 : lẹo dao không còn, mặt khác nhiệt độ ở vùng cắt rất cao làm cho lớp kim loại của phoi sát mặt trước bị chảy nhão, hệ số ma sát giữa phoi và mặt trước giảm, K giảm, chất lượng bề mặt tăng

- Khi Vc > 200 300 m/f hệ số ma sát thay đổi rất ít, dẫn đến biến dạng của phoi hầu như không thay đổi

- Các giá trị V1, V2, V3 phụ thuộc vào điều kiện gia công, vật liệu làm dao, phôi, thông số hình học của dụng cụ cắt

* Ảnh hưởng của chiều dầy cắt

Hình 1.9 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chiều dầy cắt a và hệ số biến dạng K Ta thấy khi a tăng thì K giảm, chất lượng bề mặt tăng

Hình 1.10: Quan hệ giữa chiều dày cắt và biến dạng của phoi

- Ảnh hưởng của bán kính mũi dao r

Bán kính mũi dao r tăng, góc nghiêng chính giảm, từ công thức a = S sin ta thấy chiều dầy trung bình của lớp cắt giảm Mặt khác r tăng, chiều dài của đoạn lưỡi cắt cong tham gia cắt tăng, phoi thoát ra cong bị biến dạng phụ thêm do sự giao nhau của chúng trên cung cong (phương thoát phoi xem như thẳng góc với lưỡi cắt) làm cho biến

dạng của phoi tăng, chất lượng bề mặt giảm (hình 3.15)

Hình1.12 Quan hệ giữa bán kính mũi dao r và biến dạng của phoi

Hình 1.13: Ảnh hưởng của đến biến dạng phoi

- Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Trong cùng một điều kiện cắt gọt, vật liệu càng dẻo biến dạng của phoi càng tăng (Chất lượng bề mặt giảm), vì vật liệu càng dẻo thì lực liên kết giữa các nguyên

tử trong kim loại càng yếu, khiến cho sự trượt trong mạng tinh thể càng dễ xảy ra, tức là biến dạng càng dễ xảy ra Do đó khi cắt vật liệu dẻo, phoi bị biến dạng nhiều hơn khi cắt vật liệu giòn, vật liệu càng dẻo biến dạng càng nhiều Có thể thấy rằng

độ cứng vật liệu gia công ảnh hưởng không nhỏ đến hệ số biến dạng Thực nghiệm cho thấy khi gia công thép:

b = 300 400 N/ mm2: K = 4 5; b = 600 700N/mm2 : K = 2 3

- Ảnh hưởng của vật liệu làm dụng cụ cắt

Mỗi một loại vật liệu dụng cụ có hệ số ma sát với vật liệu của chi tiết gia công khác nhau Trong cùng một điều kiện cắt gọt, vật liệu làm dao khác nhau, lực ma sát giữa phoi và mặt trước khác nhau làm biến dạng của phoi cũng khác nhau

Thực nghiệm cho thấy :

+ HKC nhóm 1 các bit có hệ số ma sát với thép các bon lớn hơn HKC nhóm 2 các bít nên khi gia công thép nên dùng HKC nhóm 2 các bít

+ HKC có hệ số ma sát với thép nhỏ hơn thép gió với thép, vì vậy khi sử dụng HKC để gia công thép biến dạng của phoi nhỏ hơn khi sử dụng thép gió

1.2 Dụng cụ cắt phủ bay hơi

1.2.1 Tổng quan về phủ bay hơi

Kỹ thuât phủ lớp bảo vệ hiện đang được ứng dụng rông rãi trong công nghiệp Các chi tiết máy yêu cầu các đặc tính bề mặt khác nhau như khả năng chống ăn mòn, mòn, oxy hóa Có nhiều phương pháp công nghệ thỏa mãn yêu cầu này Tuy nhiên phương pháp tạo lớp phủ từ thể khí sẽ được đề cập trong phần này

Phủ bay hơi được chia thành hai nhóm chính là bay hơi hóa học (Phủ CVD)và bay hơi vât lý (Phủ PVD) Trong nhóm này có rất nhiều kỹ thuât phủ dựa trên nguyên tắc dịch chuyển khối lượng từ một nguồn tới bề mặt cần phủ ở thể hơi Một

số kỹ thuật kết hợp những đặc tính của một vài kỹ thuật khác nhau cho tính vạn năng cao hơn trong cả qua trình phủ và quá trình khai thác sử dụng sản phẩm

Thống kê số liệu của thị trường thế giới về dụng cụ phủ (Bảng 3.1) cho rằng phủ CVD được ứng dụng trong ngành dụng cụ thì có đến 60% các dụng cụ hợp kim cứng

Bảng 1.1 Dữ liệu thị trường thế giới về phủ bay hơi cho dụng cụ

trong lĩnh vực tạo hình và cắt vật liệu

Loại dụng cụ Tổng giá trị Phủ PVD Phủ CVD Không phủ

và tạo thành một lớp màng cứng kim loại hay hợp chất trên bề mặt nên

CVD yêu cầu một nguồn các khí dẫn, buồng phản ứng nâng nhiệt và một hệ thống để xử lý khi thải Các khí dẫn bao gồm các khí trơ như: N và Ar, khí khử như

H và rất nhiều khí có hoạt tính khác như Methane, CO2, hơi nước…Một số khí dẫn

ở dưới dạng dung dịch khí áp suất cao như TiCl4, SiCl4 Những chất này được nâng nhiệt tới nhiệt độ trung bình (Dưới 600c) và hơi nước chuyển xuống buồng phản ứng bằng cách cho bọt khí mang (H hoặc Ar) đi qua dung dịch lỏng Một số khí dẫn được tạo thành bằng cách biến đổi một kim loại rắn hay hợp chất thành hơi như AlCl3 tạo thành nhờ phản ứng của Al với Cl hoăc HCL

Hỗn hợp khí được đưa tới một buồng phản ứng và nâng nhiệt tới nhiệt độ yêu cầu Với CVD thông thường nhiệt độ phản ứng có thể từ 9000c – 20000c phụ

thuộc vào lớp phủ cần tạo thành Tuy nhiên khi sử dụng chất rẫn kim loại hữu cơ nhiệt độ có thể hạ đến 5000

c – 8500c (MTCVD) Do chất này bị phân tích ở nhiệt độ tương đối thấp Nhiệt độ phản ứng có thể hạ thấp hơn bằng cách tăng hoạt tính phản ứng của pha hơi Kỹ thuật này bao gồm PACVD, LCVD Phản ứng hóa học của pha khí được tăng lên bằng cách tạo ra plasma trong pha khí hoặc chiếu chùm tia laze vào hỗn hợp khí

Các khí phản ứng sau đó được đưa vào các thiết bị xử lý để trung hòa các chất có hoạt tính cao trong khí thải, tách chất rắn, làm nguội khí trước khi thải ra môi trường

1.2.2.2 Đặc trưng của phủ CVD

- Kỹ thuật lớp phủ cứng thông qua phản ứng hóa học ở thể khí giữa các hợp chất dẫn ở trạng thái khí tại nhiệt độ trung bình tới cao;

- Qúa trình được tiến hành ở áp suất khí quyển hoặc áp suất thấp;

- Sử dụng Plasma hoặc Laze cho phép hạ thấp nhiệt độ phủ do kích thích hoạt tính của các chất phản ứng;

- CVD cho phép tạo lớp phủ hỗn hợp (Đa lớp);

- Mật độ và độ tinh khiết của lớp phủ có thể điều khiển;

- CVD có thể tạo lớp phủ trên các chi tiết có hình dạng phức tạp và trên các vật liệu đặc biệt;

- Chiều dày lớp phủ có thể lớn do các dòng khí chuyển động ở dạng lớp;

- Cấu trúc của lớp phủ dạng hạt trụ Tuy nhiên cấu trúc dạng hạt mịn đều cạnh có thể đạt được;

- Điều khiển các phản ứng ở thể khí đặc biệt quan trọng trong việc tạo nên các tính chất mong muốn cho lớp phủ;

- Một dải rộng kim loại, hợp kim, hợp chất có thể tạo nên lớp phủ hoặc chi tiết riêng biệt

- Vật liệu phủ tối ưu: Al203, TiN, TIC

1.2.3 Phủ PVD

Phủ PVD được thực hiện trong buồng kín chứa khí trơ với áp suất thấp khoảng dưới 10-2 bar ở nhiệt độ từ 4000c – 5000c Với nhiệt độ của quá trình như thế phủ PVD thích hợp cho các dụng cụ thép gió Do nhiệt độ thấp các nguyên tử khí và kim loại khi bay hơi phải được ion hóa và kéo về bề mặt cần phủ nhờ một điện thế

âm đặt vào đó Quá trình bắn phá bề mặt cần phủ bằng các ion của khí trơ được thực hiện trước khi phủ để làm tăng độ dính kết của vật liệu phủ với nền Theo nguyên tắc bay hơi phủ PVD có 4 dạng cơ bản: Sử dụng dòng điện tử có điện thế thấp; dòng điện tử có điện thế cao; điện quang và phương pháp phát xạ từ lệch Vật liệu phủ thông dụng hiện nay cho PVD là TiN TiCN, TiAlN và CrN

Theo nguyên tắc bay hơi, phủ PVD có 4 dạng cơ bản:

-, phủ PVD - TiAlN đã được

sử dụng rộng rãi nhất cho các công cụ cắt

, phủ PVD đã mở rộng thành phủ ngoài nhiều lớp, phủ ngoài hybrid được phân loại như phủ ngoài ma sát thấp Những công nghệ phủ nàycung cấp một

chi tiết chính xác hơn và quan trọng hơn

thọ công cụ Điều này có thể được đánh giá theo hai cách:

1 Tăng tuổi thọ dao cụ dẫn đến chi phí gia công mỗi lỗ hổng hay lõi sẽ thấp hơn

2 Tăng tuổi thọ dao cụ sẽ dẫn đến tăng năng suất Điều này có thể sẽ giữ nguyên mức chi phí gia công nhưng sẽ tăng năng suất của xưởng sản xuất bằng cách tăng các thông số của chế độ cắt

công hiệu quả hơn Ứng dụng phù hợp công nghệ phủ vào các quá

, tăng năng suất hay cả hai

công hiệu quả hơn Tốc độ cắt sẽ tiếp tục tăng lên và nhiều nhiệt hơn sẽ được sinh ra

sản xuất trong tương lai

khả năng cạnh tranh trong một thị trường cạnh tranh cao đồng thời để tăng lợi nhuận

thêm nhân viên để đạt được mục tiêu này Tuy nhiên, bằng cách

pháp chi phí thấp nhằm làm tăng năng suất, tăng lợi nhuận hay

cả hai

1.2.4 Vật liệu lớp phun phủ

Kỹ thuật bề mặt thực chất là tạo ra một hợp thể (lớp phủ nền) với mục đích làm tăng khả năng chống mòn và mài mòn của lớp bề mặt chi tiết, đặc biệt là các chi tiết máy…Tùy theo từng điều kiện làm việc cụ thể mà người ta sử dụng các loại vật liệu phủ khác nhau Khi nghiên cứu chúng, người ta thường quan tâm tới các vấn đề như: tính chất cơ lý của lớp phủ, một số cơ chế lý hóa trong quá trình tiếp xúc với mặt đối tiếp của lớp phủ

Nói chung tác động của ma sát của lớp phủ ảnh hưởng do các nguyên nhân sau:

- Điều kiện tiếp xúc: tải trọng, tốc độ, hình dạng hình học, nhiệt độ môi trường…Các điều kiện tiếp xúc thực tế rất khác nhau

- Vật liệu tiếp xúc: bao gồm các thông số về tính chất vật lý, hóa học của lớp phủ, nền và bề mặt tiếp xúc đối tiếp

- Cấu trúc vi mô của lớp phủ: Gồm các thông số như cỡ hạt, tỷ trọng và độ xốp những tham số đó có ảnh hưởng bởi các phương pháp khác nhau như phủ CVD hay phủ PVD

- Hệ thống hợp thể lớp phủ và nền bao gồm các thông số: Độ cứng, độ đàn hồi của lớp phủ và nền, độ nhám bề mặt và khả năng tương thích nhiệt và hóa của chúng Một tính chất quan trọng nữa là khả năng dính kết giữa lớp phủ và nền

- Do yêu cầu của thực tế, vật liệu lớp phủ được chia làm hai nhóm chính, đó là: Vật liệu lớp phủ mềm và vật liệu lớp phủ cứng Dưới đây trình bày một số loại vật liệu phủ cứng điển hình, thường dùng cho dụng cụ cắt kim loại

- Các tính chất khác của lớp phủ như: độ cứng tế vi, độ dính kết với nền, độ nhám bề mặt, hệ số ma sát khi tiếp xúc, độ ổn định nhiệt và hóa…phụ thuộc nhiều vào thành phần vật liệu của lớp phủ, công nghệ phun phủ

- Vật liệu lớp phủ cứng có rất nhiều loại các hợp chất như: các nitorit, các loại cacbit và các oxit hay một số hợp chất khác mà chúng được áp dụng với những ứng dụng phù hợp

a, Lớp phủ Nitorit Titan (TiN)

- Lớp phủ TiN được áp dụng phổ biến nhất Nó được tạo bởi công nghệ phủ hóa học CVD và phủ bay hơi lý học PVD Lớp phủ TiN được nghiên cứu trong một

hệ thống tỷ mỷ và chi tiết cùng với các lớp phủ cứng khác Từ đó người ta đã đánh giá và có sự so sánh chính xác hơn về tính chất ma sát của lớp phủ TiN như: độ cứng cao của lớp phủ, độ dính bám với nền, sự ổn định trạng thái hóa học

+ Độ dính bám với nền: Độ dính bám với nền có thể coi là độ bền của sự liên kết hóa học giữa lớp phủ và nền, nó phụ thuộc vào nhân tố như: trạng thái bề mặt nền, vật liệu nền và vật liệu lớp phủ thông qua cơ lý tính của chúng, ứng suất của lớp tiếp giáp, công nghệ phủ

+ Khả năng chống mài do mài mòn: Khả năng chống mòn và mài mòn của lớp phủ TiN trên nền thép được cải thiện đáng kể với chiều dày lớp phủ khoảng 4-6μm trên nền Độ nhám bề mặt lớp phủ lúc ban đầu cũng ảnh hưởng đến khả năng chống mòn, lớp bề mặt càng nhẵn thì nó càng ít bị mài mòn hơn

+ Khả năng chịu tác động tải trọng của hệ thống lớp phủ trên nền: là rất quan trọng Dạng hỏng khi mài mòn của lớp phủ được xác định từ sự tách ra của các lớp mỏng của quá trình mài mòn Do đó ta kết luận về khả năng chịu mài mòn thực tế của lớp phủ Hình 2.2 mô tả khả năng chịu tải trọng của lớp phủ cứng trên nền mềm hơn

Hình 1.14 Khả năng chịu tải trọng của lớp phủ cứng trên nền mềm hơn

a, Biến dạng dẻo với lớp phủ mỏng; b, Không biến dạng với lớp phủ dày

Chiều dày lớp phủ có khả năng chống lại sự tác dụng của ứng suất tiếp xúc khi biến dạng với biến dạng nhỏ hoặc không biến dạng của lớp nền nằm dưới Chiều dày lớp phủ bị hỏng chủ yếu là do cơ chế dính gãy Khả năng chống mòn của lớp phủ

TiN có thể hoàn thiện hơn nếu đưa thêm Titanium vào như một lớp xen giữa trong kích thước bao của lớp phủ và điều đó có thể cải thiện tốt độ bám dính của lớp phủ (Matthews-1980) Với ứng suất thấp, sự có mặt của titanium có thể cho kết quả có lợi, làm giảm ứng suất và tăng độ bền

b, Lớp phủ TiAlN

Tính dẫn nhiệt kém nhưng rất cứng

Lớp phủ oxit

Lớp phủ oxit có thể tạo bởi một số kỹ thuật và có thể cải thiện được tính chống mòn và ma sát Một trong những lớp phủ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đó là lớp phủ cứng mỏng dùng Al2O3 Lớp phủ có chiều dày vài μm có khả năng giảm ma sát giữa mặt trước và phoi, chống lại lực và nhiệt độ cao và cải thiện

tuổi bền cho dụng cục cắt Hiện nay, lớp phủ oxit, đặc biệt là lớp phủ Al2O3 tiếp tục được nghiên cứu và hoàn thiện để nâng cao khả năng sử dụng

Lớp phủ borit

Borit nói chung là loại vật liệu rất cứng, nó dùng chủ yếu trong ứng dụng ma sát học ở việc chống mài mòn tốt Hệ số ma sát trong tiếp xúc nói chung khá cao Người ta quan tâm tới lớp phủ TiB2, vì nó có độ món rất thấp trong tiếp xúc trượt

và lớp phủ FeB, FeB có thể sử dụng như một loại vật liệu hãm, bởi vì đặc tính ma sát học đặc biệt của nó là mòn rất thấp

Lớp phủ kim cương và giống như kim cương

Được đặc biệt quan tâm vào những năm 1980 Việc phủ một lớp màng mỏng kim cương đã có từ những năm 1950 nhưng những nghiên cứu thực sự bùng nổ vào những năm 1980, khi tốc độ lắng đọng tạo ra ở cấp 1μm Trong ứng dụng ma sát học, khả năng chống trượt tốt của lớp phủ kim cương được áp dụng khi gia công kim loại màu Khi hai bề mặt kim cương trượt lên nhau, hệ số ma sát thường rất thấp, khoảng 0,05 – 0,15 và tốc độ mòn rất thấp Trong nhiệt độ cao, trong không khí hệ số ma sát thực chất thấp hơn trong chân không Sự giảm đó rất quan trọng vì nói chung quá trình oxy hóa kết hợp với nhiệt độ cao và trượt gây ra bởi sự chuyển pha của kim cương thành graphic Khi đó hệ số ma sát khi tiếp xúc giảm nhưng độ cứng lớp phủ cũng giảm xuống

Lớp phủ nhiều hợp chất

Lớp phủ nhiều hợp chất được thực hiện bởi các phương pháp phủ bay hơi CVD, PVD trong lớp phủ đó có sự pha trộn của vài hợp chất vật liệu, sự tập trung điện tử thay đổi và bởi vậy dẫn đến kết quả làm thay đổi tính chất cơ học và tính chất lý học của lớp phủ Lớp phủ nhiều hợp chất rất cứng, với khả năng chống mài mòn và được phát triển bởi Kontek cùng với các tác giả khác