刀具涂层技术的应用.docVIP

刀具涂层技术的应用 自20世纪60年代化学气相沉积（CVD）涂层硬质合金刀片问世发来，涂层技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。而20世纪80年代初，TiN物理气相沉积（PVD）涂层高速钢刀具的出现，以使高速钢刀具的性能发生了革命性的变革。由于涂层技术可有效提高切削刀具的使用寿命，使用刀具获得优良的综合机械性能，大幅度地提高机械加工效率，因此涂层技术已经在切削刀具提高性能的工艺中得到极为广泛的应用于。 刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积（CVD）技术和物理气相沉积（PVD）技术两大类，本文拟从这两方面分别介绍国内外刀具涂层技术的应用情况。 刀具涂层技术的应用 CVD涂层技术的应用 CVD是使挥发性化合气体发生分解或化学反应，并在被镀工件上形成沉积成膜的方法。在CVD工艺中，气相沉积所需金属源的制备相对容易，可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、AL2O3等单层及多元多层复合涂层。CVD涂层镀层密实，涂层与基体结合强度高，附着力强，均匀性好，形状复杂的工件也可得到合金副的镀层，薄膜厚度可达5—12微米，因此CVD涂层具有更好的耐磨性。但其工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度的下降，薄膜内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生，因此只适合于硬质合金车削类刀具的表面涂层，其涂层刀具适合于中型、重型切削的高速加工及半精加工。 自1968年第一批CVD涂层硬质合金刀具问世至今，该涂层技术已发展了近35年。在这35年间，CVD涂层技术从单一成份发展到多种成份、从单一膜层发展到多元多膜层，经过大量的试验，完成了批量大规模的工业化生产。如今，CVD涂层硬质合金在涂层硬质合金刀具中占到了80%以上的份额，CVD涂层技术已广泛应用于各类硬质合金刀具。其涂层工艺的主要发展阶段及应用领域见下表： 1968——TiN、TiN——方法CVD——硬质合金刀具、模具涂层 1973——TiCN、TiC+AL2O3——CVD ——硬质合金刀具、模具涂层 1981——TiC+AL2O3+TiN、AL-O-N——CVD——硬质合金涂层 1982——TiCN——MT-CVD——硬质合金刀具涂层 1986——Diamond、CBN——CVD、PVD——硬质合金刀具涂层 1990——TiN、TiCN、TiC——PCVD——模具、螺纹刀具、铣刀等 1993——TiN+TiCN（CVD）+TiN（PVD）——CVD+PVD——硬质合金铣削类刀具涂层 1993——厚膜纤维状TiCN——MT-CVD——硬质合金车削类刀具涂层（用于粗、半精加工） 从上表可以发现，CVD涂层技术主要用于硬质合金类各种切削刀具。国外的知名刀具生产商如山特维克、肯纳等企业，其硬质合金切削刀具中80%的产品都采用CVD涂层技术进行表面处理。 CVD涂层技术应用在硬质合金刀具上大致可分为四大系列：TiC/TiN、TiC/TiCN/TiN、TiC/AL2O3T和TiC/AL2O3/TiN。不同的膜层相互组合，会产生不同的效果，前两类适用于普通半精切削加工，后两类适用高速及重负荷切削，现在单层已被多层多元的复合涂层所取代。涂层成份能否在涂层刀具上发挥其应有的性能，在很大程度上取决于涂层工艺的技术水平，各厂家所制备的相同涂层系列的刀具，除了材料和几何参数外，涂层技术起了关键的作用。因为涂层和界面组织结构、择优取向、各单层厚度及总厚度、层与层之间的结合过渡等都决定了涂层刀具的性能。例如，山特维克公司的硬质合金刀具产品，就是根据不同的加工对象进行不同的膜层结合，产生不同的效果。其产品中膜层组合有：TiCN+AL2O3+TiN和AL2O3+TiCN等组合。其中TiCN+AL2O3+TiN的组合对它们的膜层组织厚度进行调整而产生不同的加工应用效果。总的作用是在韧性极好的富钴基体上进行表面涂层，涂层的附着力极强，有极好的抗扩散磨损性能和高温条件下的塑性变形能力并能减少磨擦力，从而减少积屑瘤的形成，用于低、中等切削速度的加工。当再有一层厚的TiCN涂层时，又很适合于球墨铸铁的灰铸铁的精加工。而中层为一层较厚的氧化铝（AL2O3）时，在外层有薄的TiN黄色耐磨保护层，使得基体在高温下不产生变形，可进行铸铁的高速粗、精加工。AL2O3+TiCN应用于基体坚硬具有高红硬性，这种涂层保证了极好的抗后刀面磨损能力，适合于以高速车削和铣削铸铁及在稳固条件下的切断工序。 我国CVD涂层技术在刀具上的应用也有近30年的历史。在这30年间，我国大型硬质合金刀具制造厂先后引进了多台CVD涂层设备，使硬质合金刀具的性能得以大大的提高。通过近30年的研究应用，成都工具研究所也成功地研制出CVD涂层设备，并成功地开发了我国首创的Ti-C-N-O-AL和Ti-C-N-B两个系列共三种（4~7层）高性能多元复合涂层材料。其产品为