化學(xué)氣相沉積層的優(yōu)點是:膜層致密,與基體結(jié)合牢固,沉積性好,膜厚且比較均勻,膜層質(zhì)量比較穩(wěn)定,易于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)等。近幾年來,cvD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機械和儀表零件、刀具和模具等的表面強化,以改善其服役性能及壽命。
用cVD涂覆刀具,能有效地減少在車、銑鉆孔過程中出現(xiàn)的磨損,在這里應(yīng)用了硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具,特別是車床的轉(zhuǎn)位刀片、銑刀、刮刀和整體鉆頭等。使用高耐磨性的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物和硼化物等涂層。TiN與金屬的親和力小,抗粘附力和抗月牙形磨損性能比Tin涂層高。因此,刀具上廣泛使用的是TiN涂層。
目前,國外先進工業(yè)國家加工齒輪廣泛使用涂層刀具,估計約有80%的齒輪滾刀和40%的插刀使用了’FiN涂層。這些刀具的壽命增加了4-8倍,并且提高了進給量和切削速度,刀具的抗月牙形磨損性能也顯著提高。
為了進一步提高涂層刀具的使用性能,除了單涂層外,近年來還發(fā)展了雙涂層、三涂層及多層的復(fù)合涂層刀片。常用的雙涂層有Tic—TiN、Tic —A120,等涂層。三涂層的組合方式很多,例如:Tic.Ti(c、N)一’riN、Tic—Ti(c、N).A170,等涂層,還有多層如Tic- Ti-TiN-A1203等。
這些相互結(jié)合的涂層改善了涂層的結(jié)合強度和韌性,提高了耐磨性。美國最新的涂層銑刀片使用了A1203—7FiN—Tic復(fù)合涂層,基體為專用的抗塑性變形硬質(zhì)合金。因為該硬質(zhì)合金有很好的切削性能,Tic涂層和外層的越203結(jié)合,抗磨損性能優(yōu)于si,N4,能顯著減少月牙形磨損。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明,刀具、冷加工模具等經(jīng)沉積覆層,其使用壽命提高3~6倍,經(jīng)濟效益非常顯著。
化學(xué)氣相沉積層降低刀具磨損的主要原因為:在切削開始時,切削與基體的直接接觸減小,這樣刀具和工件之間的擴散過程降低,因此降低了月牙形磨損。即使破壞了表面涂層,仍然能阻擋進一步的磨損,保留的涂層仍然能支持切削工作。重要的是降低了切削和刀具之間的摩擦因數(shù),這樣產(chǎn)生的熱量減少,因此磨損小。與基體材料相比,沉積層的熱導(dǎo)率更小,使更多的熱保留在切削和工件中,這樣降低了磨損效應(yīng),使壽命得到提高,明顯降低了成本,在切削加工材料時能獲得最好的效果。