常用“硬”刀具涂层材料的发展与应用

 刀具涂层随着现代工业产品中各种新式的、难加工资料的涌现以及工件加工精度的不断进步，传统的切削刀具资料在许多范畴已不能满足需要，所以超硬刀具资料的开发和使用越来越得到专业技能人员的注重。常用的超硬刀具涂层资料首要有金刚石薄膜、氮化碳涂层、TiN、TiC 基涂层等，尤其是TiN、TiC 基涂层使用最为广泛。
2．1  金刚石薄膜
    金刚石薄膜具有优异的力、热、光、电等功用以及高弹性模量和低冲突系数，具有广泛的使用远景，特别是在金刚石涂层刀具范畴，被认为是金刚石薄膜可以最早完成产业化的范畴之一，遭到各国科学界和有关公司的重视，各国都投入了很多人力物力进行研讨。自上世纪80 时代展开金刚石薄膜研讨热膜，现在，国外已有商业化的金刚石涂层刀具出售，我国虽有许多科研单位都报道在实验室成功制备出高附着力的金刚石薄膜刀具，但离产品的完全市场化还有一段距离。关键问题是要进一步进步附着力的前提下，处理批量生产时产品质量的稳定性和可重复性问题。
    别的，金刚石薄膜的使用在许多方面取得打破，金刚石涂层工具能加工非铁合金如Si－Al合金、陶瓷、纤维增强塑料和木材等，具有巨大的远景。金刚石涂层具有一种高度小平面形的安排结构，这使得在刀片的前面呈显微粗糙的外表。这种粗糙的金刚石小平面的作用可比喻为显微断屑器，而在刀片的后边，这种小平面会导致工件加工外表光洁度变差。 当今，汽车工业在加工硅－铝合金( 特别是300系列) 零件时，首要是使用金刚石涂层刀具。 金刚石涂层刀具还有望在加工金属基复合资料(MMC) 、碳－碳复合资料和木材加工业等范畴取得使用。
2.2  氮化碳涂层
    刀具涂层近年来，氮化碳( C3N4) 作为一种新式的超硬资料，已成为有实用价值的刀具涂层资料。关于高速钢刀具，通过C3N4涂层，对刀具耐磨性的进步极为明显，其作用超过了TiN 涂层; 高速钢麻花钻，通过C3N4涂层，能使其耐用度大为进步，可取代常用的TiN 涂层麻花钻; 硬质合金刀片( 刀具) ，通过C3N4涂层，亦能进步刀片( 刀具) 的耐用度，但进步起伏不如高速钢刀具那样大。美国物理学家A.M.Liu和M．L．Cohen 首先用分子工程理论，规划出超硬无
机化合物氮化碳，依据体弹性模量的核算，可能到达金刚石的硬度。氮化碳作为一种超硬薄膜资料，除了具有高硬度外，还有低冲突系数、高导热功用、很好的化学稳定性和抗氧化功用，能切削加工铁族元素，作为刀具涂层资料具有广阔的使用远景。
2．3  TiN、TiC 基涂层
    TiC 是一种高硬度的耐磨化合物，有杰出的抗后刀面磨损和抗月牙洼磨损才能。 TiN 涂层资料是现在使用最广的一种薄膜资料，它的硬度稍低，但它与金属的亲和力和潮湿功用好，在空气中抗氧化才能比TiC 好，但因为它的耐高温抗氧化功用不高约束了它的更广泛的使用。 为改进单层薄膜的功用，涂层的多元化( 参加其它合金元素) 和多层化成为了研讨的热门。
    多元化薄膜如TiCN 具有了TiC 和TiN 的归纳才能，其硬度高于TiN 和TiC，因此是一种较为抱负的刀具涂层资料。TiAlN 是含有抗氧化才能杰出的Al 的一种涂层，通常采用PVD( 物理气相堆积) 办法来制备，在切削过程中Al 氧化而构成Al2O3，然后起到抗氧化和抗分散磨损的作用，在高速切削时，TiAlN 涂层刀具的切削作用优于TiN 和TiCN 涂层刀具，首要原因是TiAlN 涂层刀具的硬度、抗氧化和抗粘结才能高，尤其是因为TiAlN 涂层刀具具有很高的高温硬度．多层化薄膜如TiAlN/ Al2O3多层PVD 涂层等现在研讨也较多，其涂层硬度达4000 HV，涂层数为400 层( 总厚度5 μm) 。最近又开发了纳米涂层( Nano － scaled coating) 技能，这种办法可采用多种涂层资料的不同组合满足不同功用和功用要求，特别适合于高速干切削。硬质合金刀具的多层纳米涂层可分为5 大类: 1 ) 氮化物/氮化物: TiN/VN，56GPa; TiN/NbN，51GPa; 2 ) 氮化物/碳化物: TiN/CNX， 45 －55GPa; ZrN/CNX，40 － 45GPa; 3) 碳化物/碳化物: TiC /VC， 52GPa; TiC /NbC， 45 － 55GPa; 4) 氮化物或碳化物/金属: TiN/Nb，52GPa; TiAlN/Mo，51GPa; 5) 氮化物/氧化物: TiAlN/Al2O3，此外还有参加TiB2、BN 的系统等。 这些复合涂层每调制周期由两种资料组合而成，厚度仅为几纳米，依据切削需要，可彼此叠加涂覆上百层，总厚度可达2 ～ 5 μm。规划合理的纳米涂层可使刀具的硬度和韧性明显添加，使其具有优异的抗冲突磨损及自润滑功用，非常适合于干切削。 涂层的多层化及其相关技能的出现，使涂层既可进步与基体的结合强度又能进步其耐腐蚀功用、抗氧化功用等归纳刀具涂层