1)新型涂層材料
具涂層材料出現(xiàn)了很多新種類:TiCN基新涂層兼有TiCTiN涂層良好韌性硬度,比常用TiN刀具耐用度高2~4倍。此外,以TiCN為基 多元成分新涂層材料如(Ti,Zr)CN、(Ti,Al)CN、(Ti,Si)CN等紛紛出現(xiàn)。AlON涂層刀具產(chǎn)生月牙洼磨損極小。TiAlN有很高高 溫硬度優(yōu)良抗氧化能力,涂層硬度高,抗氧化性能好,切削性能優(yōu)于TiN涂層,用于加工航天合金材料時刀具壽命可提高1~4倍。CrCCrN涂層無鈦涂層, 可有效地切削鈦鈦合金以及鋁合金等其它軟材料。另外,Hf、Zr、Ta碳化物與氮化物,Hf、Zr、Ti、N、Ta硼化物,Hf、Zr、Ti、Be氧化物 等涂層材料均成功采用。
值得一提美國Multi-ScientificCoating公司類金剛石碳涂層,使用熱陰極蒸發(fā)技術(shù)把碳沉積到刀具表面后,類金剛石碳涂層 基體結(jié)合良好,有很多金剛石相似性能,有高耐磨性低摩擦系數(shù)。其它ZrN,TiZrN類金剛石膜涂層(DLC)應(yīng)用范圍也不斷拓展,主要用于加工有色合 金。
氮化鋁鈦涂層也由原先常使用Ti0.75Al0.25N轉(zhuǎn)化為優(yōu)先使用Ti0.5Al0.5N,Ti0.5Al0.5N涂層抗氧化溫度為700℃,空氣加熱會表面產(chǎn)生一層非晶態(tài)Al2O3薄膜,可以對涂層起保護(hù)作用。
日本不二越公司開發(fā)出一種稱為SG新型涂層,它由TiN、TiCN及Ti系膜三層組成,耐磨性優(yōu)于TiN涂層,且涂層與基體結(jié)合強度高,表層為Ti系特殊膜層,具有極好耐熱性。
瑞士還開發(fā)出一種稱為“MOVIC”軟涂層新工藝,即刀具表面涂復(fù)一層固體潤滑膜二硫化鉬,刀具切削壽命數(shù)倍增加,且能獲得優(yōu)良加工表面。其它硫族元素如WS2等軟涂層也取得了一定進(jìn)展。這些軟涂層加工高強度鋁合金貴重金屬方面有良好應(yīng)用前景。
近年來,高硬度涂層開始出現(xiàn)。包括立方氮化硼(CBN)涂層、氮化碳(CNX)、多晶氮化物超點陣涂層等。CBN涂層硬度達(dá) 5200kgf/mm2,僅次于金剛石,可有效切削淬火鋼其它難加工合金。如果氮化碳(CNX)涂層能夠形成b-C3N4,理論上可以計算出其硬度將超過 金剛石。已經(jīng)有氮化碳合成報道。多晶氮化物超點陣涂層一種很有希望新型刀具涂層,多晶TiN/NbNTiN/VN超點陣涂層硬度分別為5200kgf /mm25600kgf/mm2,超點陣涂層由于層內(nèi)或?qū)娱g位錯困難導(dǎo)致其硬度很高。
2)涂層工藝方法
隨著涂層技術(shù)發(fā)展,出現(xiàn)了綜合PVDCVDPACVD法,另外,還有離子束濺射方法,能離子束輔助沉積技術(shù)(IBAD)也可用于涂層,離子束 輔助沉積兼有氣相沉積與離子注入優(yōu)點。等離子輔助化學(xué)氣相沉積(PCVD)利用等離子體來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng),可使沉積溫度降低到200~500℃。Sol- Gel法由于其自身優(yōu)點也越來越受到人們重視。
MT-CVD(溫化學(xué)氣相沉積)則一定程度上克服了一般HD-CVD(高溫化學(xué)氣相沉積)缺點,其沉積溫度低(700~900℃),沉積速度 快,涂層厚,工藝環(huán)鍍性好,對于形體復(fù)雜工件涂層均勻,而且涂層附著力高,涂層內(nèi)部殘余應(yīng)力小,一種優(yōu)于HT-CVD涂層工藝方法。
涂層所用基體范圍也擴大,包括高速鋼、硬質(zhì)合金陶瓷都可以進(jìn)行涂層。近幾年來陶瓷涂層硬質(zhì)合金刀具發(fā)展迅速,特別Al2O3陶瓷由于其高化學(xué)穩(wěn)定性耐氧化性特別適用于高速切削,陶瓷涂層所占比例較大。
雖然刀具涂層工藝上獲得了長足發(fā)展,特別梯度涂層工藝,但總體說來涂層技術(shù)有待進(jìn)一步提高。
3結(jié)論
涂層刀具較好解決了刀具強度韌性之間矛盾,大大提高了刀具耐用度切削速度。但存涂層易剝落,工藝復(fù)雜昂貴等缺點。刀具涂層材料用最多TiC、TiN、Al2O3、金剛石以及復(fù)合涂層。常用涂層方法CVD法PVD法。
新型涂層材料新涂層工藝方法不斷出現(xiàn),特別新型高硬涂層以及軟涂層材料將會使涂層刀具應(yīng)用將越來越廣。