基于第一性原理的TiAlN涂层刀具切削GH4169的扩散机理研究

作     者：范依航 王卿宇 郝兆朋 

作者机构：长春工业大学机电工程学院 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52275404) 

主　　题：第一性原理 形成能 扩散磨损 电子结构 

摘      要：采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算并分析了TiAlN涂层刀具切削镍基高温合金过程中，镍基高温合金中的Ni、Fe、Cr原子在TiAlN晶胞中的扩散机理。通过不同扩散形式的形成能计算对比，得出最有可能发生的扩散磨损形式为间隙型原子扩散，进一步对相邻四面体间隙直接扩散和以八面体间隙作为过渡点扩散的两种路径进行能垒的计算，并通过扩散过渡态原子间距离比较做进一步验证，结果表明相邻四面体间的直接扩散为最优路径。最终从电子结构角度对Ni、Fe、Cr原子的扩散过渡态进行分析，得出Ni、Fe、Cr原子扩散到TiAlN晶胞中显著改变了TiAlN晶胞的整体稳定性，破坏了晶胞的稳定结构，使得涂层的整体性能降低。为切削过程中工件原子在刀具涂层内的扩散情况及扩散机理研究提供理论基础。