Sifat dan Mekanisme Pakai Salutan Berasaskan TiAlN dalam Pemesinan

Proses pemesinan adalah topik penyelidikan yang sangat diminati kerana ia merupakan proses yang berkaitan untuk menghasilkan bahagian berketepatan tinggi dan berkualiti tinggi untuk pelbagai sektor perindustrian. Salah satu fokus kajian yang dijalankan ialah penambahbaikan proses, salah satunya ialah penciptaan dan aplikasi salutan alat dalam pelbagai operasi pemesinan. Salutan ini meningkatkan produktiviti proses dan hayat perkhidmatan alat pemesinan, dan salutan baharu sedang dibangunkan untuk digunakan dalam pelbagai aplikasi pemesinan. Disebabkan oleh rintangan haus yang menakjubkan dan sifat mekanikal yang tinggi bagi salutan TiAlN pada kelajuan pemprosesan yang tinggi, kestabilan haba yang baik dan rintangan kakisan walaupun pada suhu pemprosesan yang lebih tinggi, salutan TiAlN adalah Ia masih sangat biasa dalam aplikasi perindustrian hari ini. Dalam ulasan ini, penulis membentangkan perbincangan komprehensif tentang penggunaan salutan berasaskan TiAlN, mengumpul dan menyampaikan maklumat terkini mengenai pembangunan salutan yang berkaitan ini secara tersusun dan teratur.

Prinsip reka bentuk salutan alat pemesinan adalah untuk menyesuaikan sifat mekanikalnya dengan mengawal komposisi dan struktur mikronya, berdasarkan sifat mekanikal yang dikehendaki, untuk membolehkannya memenuhi keperluan aplikasi tertentu. Pelbagai reka bentuk salutan berbeza tersedia untuk pelbagai senario aplikasi yang berbeza, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.

Jenis masalah yang berbeza boleh diselesaikan dengan memilih jenis struktur salutan yang berbeza, contohnya, penggunaan salutan berbilang lapisan boleh meningkatkan prestasi alat dengan ketara berbanding salutan satu lapisan. Sebagai contoh, salutan berbilang lapisan mempunyai ketahanan yang lebih ketara terhadap pertumbuhan retak daripada salutan satu lapisan. Selain itu, pertambahan bilangan lapisan juga membantu meningkatkan sifat seperti kekerasan permukaan alat. Rajah 2 menunjukkan kelakuan perambatan retak permukaan bagi struktur salutan yang berbeza.

Artikel ini memfokuskan pada salutan baru, menunjukkan salutan yang dikumpul daripada pelbagai sumber dan sifatnya, dan menunjukkan mekanisme haus biasa yang salutan ini dikesan semasa memusing dan mengisar aloi yang berbeza (termasuk aloi berasaskan keluli, titanium dan nikel) . Analisis mekanisme haus ini memberikan maklumat yang sangat berharga untuk penambahbaikan dan pengoptimuman proses pemesinan. Apabila pemesinan jenis aloi tertentu dengan alat bersalut khusus, ia boleh dikenal pasti melalui trend haus alat biasa. Penilaian tingkah laku haus permukaan alat biasanya dicirikan oleh SEM. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3 di bawah, kelakuan haus pemotong pengilangan bersalut TiAlN boleh diperhatikan selepas pemesinan aloi Inconel.

Trend penyelidikan salutan berasaskan TiAlN terutamanya tertumpu kepada pengubahsuaian salutan berasaskan TiAlN dengan mendopan beberapa unsur, seperti Ru, Mo, dan Ta, dalam salutan kerana potensi besarnya untuk memperbaik sifat mekanikal dan haus. Penambahan elemen ini juga mempengaruhi struktur salutan, dengan itu meningkatkan tingkah laku perkhidmatan salutan. Tiga salutan TiAlN yang didopkan dengan kandungan rutenium yang berbeza boleh diperhatikan dalam Rajah 4, dan keputusan menunjukkan bahawa struktur salutan adalah lebih seragam dengan peningkatan kandungan rutenium. Tambahan pula, artikel ini menilai sifat mekanikal semua salutan ini, dan salutan berasaskan TiAlN dengan kandungan ruthenium 7% mempamerkan sifat mekanikal yang terbaik. Penyelidikan mengenai elemen doping ini popular dan mempunyai potensi besar untuk meningkatkan prestasi salutan alat. Artikel tersebut menilai elemen doping terkini dan paling popular, dan menerangkan metrik penilaian biasa sifat mekanikal salutan ini (berkaitan dengan gelagat haus salutan), seperti: kekerasan, keliatan, nisbah H/E (kelikatan) dan pekali geseran . Nilai ini juga akan digunakan untuk penilaian nanokomposit novel dan salutan berasaskan nano-TiAlN.

Satu lagi trend utama dalam penyelidikan salutan TiAlN ialah penciptaan lapisan nano baharu dan salutan alat nanokomposit, kerana salutan yang lebih nipis boleh meningkatkan prestasi aplikasi dalam pemesinan dengan ketara. Salutan ini telah ditunjukkan dalam pelbagai proses pemesinan untuk meningkatkan sifat mekanikal dan memperbaiki struktur dan sifat salutan, terutamanya sifat hausnya. Mengenai mekanisme haus salutan, kajian mendapati mekanisme haus utama semasa proses pengilangan adalah haus pelekat dan haus kasar, namun penggunaan salutan nano boleh memperbaiki kerosakan pelekat yang dialami oleh salutan. Salutan yang digunakan dalam proses pemusingan biasanya menunjukkan haus dan lelasan yang melelas, dan sesetengah salutan juga menunjukkan haus pelekat. Dalam pengilangan, penggunaan lapisan nano dan salutan nanokomposit meningkatkan prestasi pemotongan dan hayat alat alat bersalut, dan jenis salutan ini mengatasi salutan berasaskan TiAlN satu lapisan konvensional. Kekerasan dan nilai modulus Young bagi lapisan berasaskan nanolayered dan nanokomposit berasaskan TiAlN disenaraikan dalam Jadual 1.