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刀具涂層及種類

                      刀具涂層及種類

自從20世紀60年代以來篇张,經(jīng)過近半個世紀的的發(fā)展玻桶,刀具表面涂層技術(shù)已經(jīng)成為提升刀具性能的主要方法昧挚。刀具表面涂層,主要通過提高刀具表面硬度假盼,熱穩(wěn)定性肢糜,降低摩擦系數(shù)等方法來提升切削速度,提高進給速度惋探,從而提高切削效率秃停,并大幅提升刀具壽命。

                           

                                    圖一 PVD涂層刀具


一抗海、涂層工藝
    刀具涂層技術(shù)通车せ铮可分為化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)兩大類。
    1.CVD技術(shù)被廣泛應用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具的表面處理葫羡。CVD可實現(xiàn)單成份單層及多成份多層復合涂層的沉積恼五,涂層與基體結(jié)合強度較高,薄膜厚度較厚哭懈,可達7~9μm灾馒,具有很好的耐磨性。但CVD工藝溫度高遣总,易造成刀具材料抗彎強度下降睬罗;涂層內(nèi)部呈拉應力狀態(tài),易導致刀具使用時產(chǎn)生微裂紋彤避;同時,CVD工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環(huán)境污染琉预。為解決CVD工藝溫度高的問題董饰,低溫化學氣相沉積(PCVD),中溫化學氣相沉積(MT-CVD)技術(shù)相繼開發(fā)并投入實用圆米。目前卒暂,CVD(包括MT-CVD)技術(shù)主要用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的表面涂層,涂層刀具適用于中型娄帖、重型切削的高速粗加工及半精加工乏根。
    2.PVD技術(shù)主要應用于整體硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具的表面處理。與CVD工藝相比仔省,PVD工藝溫度低(最低可低至80℃)俄躺,在600℃以下時對刀具材料的抗彎強度基本無影響;薄膜內(nèi)部應力狀態(tài)為壓應力红集,更適于對硬質(zhì)合金精密復雜刀具的涂層亲沃;PVD工藝對環(huán)境無不利影響。PVD涂層技術(shù)已普遍應用于硬質(zhì)合金鉆頭判懒、銑刀袋员、鉸刀、絲錐刀雳、異形刀具痘嫉、焊接刀具等的涂層處理。

                  

                                          圖二 PVD涂層原理

 物理氣相沉積(PVD)在工藝上主要有(1)真空陰極弧物理蒸發(fā)(2)真空磁控離子濺射兩種方式粪世。
    (1)陰極弧物理蒸發(fā)(ARC)   真空陰極弧物理蒸發(fā)過程包括將高電流馆义,低電壓的電弧激發(fā)于靶材之上,并產(chǎn)生持續(xù)的金屬離子挂捅。被離化的金屬離子以60~100eV平均能量蒸發(fā)出來形成高度激發(fā)的離子束芹助,在含有惰性氣體或反應氣體的真空環(huán)境下沉積在被鍍工件表面。真空陰極弧物理蒸發(fā)靶材的離化率在90%左右闲先,所以與真空磁控離子濺射相比状土,沉積薄膜具有更高的硬度和更好的結(jié)合力。但由于金屬離化過程非常激烈伺糠,會產(chǎn)生較多的有害雜質(zhì)顆粒蒙谓,涂層表面較為粗糙泼司。
    (2)磁控離子濺射(SPUTTERING)  真空磁控離子濺射過程中捞蹈,氬離子被被加速打在加有負電壓的陰極(靶材)上。離子與陰極的碰撞使得靶材被濺射出帶有平均能量4~6eV的金屬離子煎饼。這些金屬離子沉積在放于靶前方的被鍍工件上舵揭,形成涂層薄膜谤专。由于金屬離子能量較低躁锡,涂層的結(jié)合力與硬度也相應較真空陰極弧物理蒸發(fā)方式差一些,但由于其表面質(zhì)量優(yōu)異被廣泛應用于有表面功能性和裝飾性的涂層領(lǐng)域中置侍。

                         

                                       圖三 PVD涂層刀具

二映之、涂層種類

    由于單一涂層材料難以滿足提高刀具綜合機械性能的要求,因此涂層成分將趨于多元化瘫骏、復合化颜要;為滿足不同的切削加工要求,涂層成分將更為復雜哭夺、更具針對性量奸;在復合涂層中,各單一成分涂層的厚度將越來越薄卷撞,并逐步趨于納米化澄璃;涂層工藝溫度將越來越低,刀具涂層工藝將向更合理的方向發(fā)展馋首。
 
 

PVD
涂層種類
涂層
特點
涂層硬度
HV
涂層厚度
μm
摩擦
系數(shù)
耐熱
溫度
涂層
顏色
應用范圍
TiN
單層
2300
2-3
0.6
600
金黃
應用最為普遍凑魔,具有高硬度高耐磨性寄耐氧化性;適合大多數(shù)切削刀具鳞皂,也適合多數(shù)成形模具及抗磨損工件
TiCN
單層
2800
2-3
0.3
500
棕灰
具有較低的內(nèi)應力壶碴,較高的韌性以及良好的潤滑性能;適合要求較低的摩擦系數(shù)而高硬度的加工環(huán)境愧增。
TiAlN
單層
3100
2-3
0.3
750
紫藍
化學穩(wěn)定性好撼予,具有高熱硬性,極好的抗氧化和耐磨性悟民,適合干切削場合坝辫。
CrN
單層
1800
2-3
0.2
700
銀灰
有著顯著的強潤滑性能和耐高溫特性,最適合銅類金屬的切削刀具射亏,以及耐磨耐腐零件的涂層
DLC
單層
2500
1-2
0.1-0.2
300
黑灰
優(yōu)良的耐磨近忙、耐腐蝕性能,摩擦系數(shù)極低智润,與基體結(jié)合力強及舍。用于刀具時,通常以TiAlN為基體配合使用窟绷,用以加工有色金屬锯玛、石墨等材料
超A
( AHNO)
多層
3100
2-3
0.3
800
藍紫
AHNO獨特涂層配方,屬于多層復合高鋁涂層兼蜈,具有高硬度攘残,高耐磨性,較低的摩擦系數(shù)能優(yōu)點为狸。在高溫下穩(wěn)定性強歼郭,特別適合高速切削場合

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