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國內(nèi)外切削刀具涂層對比
發(fā)布時間:2013-07-08 瀏覽:
綜合分析切削刀具表面涂層技術(shù)是近幾十年應(yīng)市場需求發(fā)展起來的材料表面改性技術(shù)。采用涂層技術(shù)可有效提高切削刀具使用壽命，使刀具獲得優(yōu)良的綜合機械性能，從而大幅度提高機械加工效率。因此，涂層技術(shù)與材料、切削加工工藝一起并稱為切削刀具制造領(lǐng)域的三大關(guān)鍵技術(shù)。
企業(yè)為滿足現(xiàn)代機械加工對高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各國制造業(yè)對涂層技術(shù)的發(fā)展及其在刀具制造中的應(yīng)用日益重視。我國的刀具涂層技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，目前正處于關(guān)鍵時期，即原有技術(shù)已不能滿足切削加工日益提高的要求，國內(nèi)各大工具廠的涂層設(shè)備也到了必須更新?lián)Q代的時期。因此，充分了解國內(nèi)外刀具涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，瞄準(zhǔn)國際涂層技術(shù)先進水平，有計劃、按步驟地發(fā)展刀具涂層技術(shù)（尤其是pvd技術(shù)），對于提高我國切削刀具制造水平具有重要意義。
2．國外刀具涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
刀具涂層技術(shù)通常可分為化學(xué)氣相沉積（cvd）技術(shù)和物理氣相沉積（pvd）技術(shù)兩大類，分別評述如下。
2.1 國外cvd技術(shù)的發(fā)展介紹
二十世紀(jì)六十年代以來，cvd技術(shù)被廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具的表面處理。由于cvd工藝氣相沉積所需金屬源的制備相對容易，可實現(xiàn)tin、tic、ticn、tibn、tib2、al2o3等單層及多元多層復(fù)合涂層的沉積，涂層與基體結(jié)合強度較高，薄膜厚度可達7～9μm，因此到八十年代中后期，美國已有85%的硬質(zhì)合金工具采用了表面涂層處理，其中cvd涂層占到99%；到九十年代中期，cvd涂層硬質(zhì)合金刀片在涂層硬質(zhì)合金刀具中仍占80%以上。
盡管cvd涂層具有很好的耐磨性，但cvd工藝亦有其先天缺陷：一是工藝處理溫度高，易造成刀具材料抗彎強度下降；二是薄膜內(nèi)部呈拉應(yīng)力狀態(tài)，易導(dǎo)致刀具使用時產(chǎn)生微裂紋；三是cvd工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環(huán)境污染，與目前大力提倡的綠色制造觀念相抵觸，因此自九十年代中期以來，高溫cvd技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用受到一定制約。
企業(yè)為滿足現(xiàn)代機械加工對高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各國制造業(yè)對涂層技術(shù)的發(fā)展及其在刀具制造中的應(yīng)用日益重視。我國的刀具涂層技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，目前正處于關(guān)鍵時期，即原有技術(shù)已不能滿足切削加工日益提高的要求，國內(nèi)各大工具廠的涂層設(shè)備也到了必須更新?lián)Q代的時期。因此，充分了解國內(nèi)外刀具涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，瞄準(zhǔn)國際涂層技術(shù)先進水平，有計劃、按步驟地發(fā)展刀具涂層技術(shù)（尤其是pvd技術(shù)），對于提高我國切削刀具制造水平具有重要意義。
2．國外刀具涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
刀具涂層技術(shù)通常可分為化學(xué)氣相沉積（cvd）技術(shù)和物理氣相沉積（pvd）技術(shù)兩大類，分別評述如下。
2.1 國外cvd技術(shù)的發(fā)展介紹
二十世紀(jì)六十年代以來，cvd技術(shù)被廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具的表面處理。由于cvd工藝氣相沉積所需金屬源的制備相對容易，可實現(xiàn)tin、tic、ticn、tibn、tib2、al2o3等單層及多元多層復(fù)合涂層的沉積，涂層與基體結(jié)合強度較高，薄膜厚度可達7～9μm，因此到八十年代中后期，美國已有85%的硬質(zhì)合金工具采用了表面涂層處理，其中cvd涂層占到99%；到九十年代中期，cvd涂層硬質(zhì)合金刀片在涂層硬質(zhì)合金刀具中仍占80%以上。
盡管cvd涂層具有很好的耐磨性，但cvd工藝亦有其先天缺陷：一是工藝處理溫度高，易造成刀具材料抗彎強度下降；二是薄膜內(nèi)部呈拉應(yīng)力狀態(tài)，易導(dǎo)致刀具使用時產(chǎn)生微裂紋；三是cvd工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環(huán)境污染，與目前大力提倡的綠色制造觀念相抵觸，因此自九十年代中期以來，高溫cvd技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用受到一定制約。
八十年代末，krupp.widia開發(fā)的低溫化學(xué)氣相沉積（pcvd）技術(shù)達到了實用水平，其工藝處理溫度已降至450～650℃，有效抑制了η相的產(chǎn)生，可用于螺紋刀具、銑刀、模具的tin、ticn、tic等涂層，但迄今為止，pcvd工藝在刀具涂層領(lǐng)域的應(yīng)用并不廣泛。九十年代中期，中溫化學(xué)氣相沉積（mt-cvd）新技術(shù)的出現(xiàn)使cvd技術(shù)發(fā)生了革命性變革。mt-cvd技術(shù)是以含c/n的有機物乙腈（ch3cn）作為主要反應(yīng)氣體、與ticl4、h2、n2在700～900℃下產(chǎn)生分解、化學(xué)反應(yīng)生成ticn的新工藝。采用mt-cvd技術(shù)可獲得致密纖維狀結(jié)晶形態(tài)的涂層，涂層厚度可達8～10μm。這種涂層結(jié)構(gòu)具有極高的耐磨性、抗熱震性及韌性，并可通過高溫化學(xué)氣相沉積（ht-cvd）工藝在刀片表面沉積al2o3、tin等抗高溫氧化性能好、與被加工材料親和力小、自潤滑性能好的材料。mt-cvd涂層刀片適于在高速、高溫、大負荷、干式切削條件下使用，其壽命可比普通涂層刀片提高一倍左右。
目前，cvd（包括mt-cvd）技術(shù)主要用于硬質(zhì)合金車削類刀具的表面涂層，涂層刀具適用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。采用cvd技術(shù)還可實現(xiàn)α-al2o3涂層，這是pvd技術(shù)目前難以實現(xiàn)的，因此在干式切削加工中，cvd涂層技術(shù)仍占有極為重要的地位。
最常用的涂層：
TiN，涂層顏色為金黃色，適合于加工低合金鋼和不銹鋼；
TiCN（碳氮化鈦），涂層顏色為灰色，硬度比TiN要高，耐磨性更好，其進給速度和切削速度分別較TiN高出40％和60％；
