常用“硬”刀具涂层材料的发展与应用

 刀具涂层跟着现代工业产品中各种新式的、难加工材料的呈现以及工件加工精度的不断前进，传统的切削刀具材料在许多领域已不能满意需求，所以超硬刀具材料的开发和运用越来越得到专业技术人员的重视。常用的超硬刀具涂层材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 基涂层运用最为广泛。
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抵触系数，具有广泛的运用前景，特别是在金刚石涂层刀具领域，被认为是金刚石薄膜能够最早完结产业化的领域之一，遭到各国科学界和有关公司的重视，各国都投入了许多人力物力进行研讨。自上世纪80 年代打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导在实验室成功制备出高附着力的金刚石薄膜刀具，但离产品的彻底市场化还有一段距离。关键问题是要进一步前进附着力的前提下，处理批量生产时产品质量的稳定性和可重复性问题。
    其他，金刚石薄膜的运用在许多方面获得打破，金刚石涂层东西能加工非铁合金如Si－Al合金、陶瓷、纤维增强塑料和木材等，具有巨大的前景。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表面。这种粗糙的金刚石小平面的效果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表面光洁度变差。 当今，汽车工业在加工硅－铝合金( 特别是300系列) 零件时，首要是运用金刚石涂层刀具。 金刚石涂层刀具还有望在加工金属基复合材料(MMC) 、碳－碳复合材料和木材加工业等领域获得运用。
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材料，已成为有实用价值的刀具涂层材料。关于高速钢刀具，经过C3N4涂层，对刀具耐磨性的前进极为显着，其效果超过了TiN 涂层; 高速钢麻花钻，经过C3N4涂层，能使其耐用度大为前进，可替代常用的TiN 涂层麻花钻; 硬质合金刀片( 刀具) ，经过C3N4涂层，亦能前进刀片( 刀具) 的耐用度，但前进崎岖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，根据体弹性模量的核算，可能抵达金刚石的硬度。氮化碳作为一种超硬薄膜材料，除了具有高硬度外，还有低抵触系数、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，作为刀具涂层材料具有宽广的运用前景。
2．3  TiN、TiC 基涂层
    TiC 是一种高硬度的耐磨化合物，有出色的抗后刀面磨损和抗月牙洼磨损才干。 TiN 涂层材料是现在运用最广的一种薄膜材料，它的硬度稍低，但它与金属的亲和力和潮湿功用好，在空气中抗氧化才干比TiC 好，但由于它的耐高温抗氧化功用不高约束了它的更广泛的运用。 为改善单层薄膜的功用，涂层的多元化( 参与其它合金元素) 和多层化成为了研讨的抢手。
    多元化薄膜如TiCN 具有了TiC 和TiN 的概括才干，其硬度高于TiN 和TiC，因此是一种较为抱负的刀具涂层材料。TiAlN 是含有抗氧化才干出色的Al 的一种涂层，一般选用PVD( 物理气相堆积) 方法来制备，在切削过程中Al 氧化而构成Al2O3，然后起到抗氧化和抗涣散磨损的效果，在高速切削时，TiAlN 涂层刀具的切削效果优于TiN 和TiCN 涂层刀具，首要原因是TiAlN 涂层刀具的硬度、抗氧化和抗粘结才干高，尤其是由于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) 技术，这种方法可选用多种涂层材料的不同组合满意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，此外还有参与TiB2、BN 的体系等。 这些复合涂层每调制周期由两种材料组合而成，厚度仅为几纳米，根据切削需求，可互相叠加涂覆上百层，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耐性显着增加，使其具有优异的抗抵触磨损及自润滑功用，十分适合于干切削。 涂层的多层化及其相关技术的呈现，使涂层既可前进与基体的结合强度又能前进其耐腐蚀功用、抗氧化功用等概括刀具涂层