刀具涂層

1、數(shù)控涂層刀具技術的進展【摘要摘要】：當前，全球經濟正處在一個根本性的變革時期，制造業(yè)已發(fā)生了革命性轉變，以數(shù)控機床為基礎的現(xiàn)代制造技術正朝著高速‘干式切削加工方向邁進。在該領域中，切削刀具制造技術的發(fā)展至關重要?，F(xiàn)代化的金屬切削加工，對刀具的要求是高切削速度、高進給速度、高可靠性、長壽命、高精度和良好的切削控制性。由于刀具涂層技術可大幅度提高刀具的綜合性能，使刀具切削性能有了重大突破，它將刀具基體與硬質薄膜表層相結合，由于基體保持了良好

2、的韌性和較高的強度，硬質薄膜表層有具有高耐磨性和低摩擦系數(shù)，從而使刀具的性能大大提高。尤其是近年來超硬薄膜設計概念的提出，在理論上有效地改善刀具的高溫性能，使涂層刀具應用于高速’干式切削加工成為可能?！続bstract】【Abstract】：Atpresenttheglobaleconomyisinafundamentalperiodofchangethemanufacturingsecthavetakenplaceinarevolut

3、ionaryshiftCNCmachinetoolsbasedonmodernmanufacturingtechnologyismovinghighspeeddrymachiningdirection.Inthefieldcuttingtoolsmanufacturingtechnologydevelopment.Modernmetalcuttingtoolrequirementsfhighcuttingspeedhighfeedrat

4、ehighreliabilitylonglifehighaccuracygoodcuttingcontrol.Toolcoatingtechnologycansignificantlyimprovetoolperfmancetoolcuttingperfmancehasbeenamajbreakthroughittoolsubstratethefilmsurfaceofthehardsubstratetomaintainagoodtou

5、ghnesshighstrengthrigidfilmsurfacewithhighwearresistancelowcoefficientoffrictionthusgreatlyimprovetheperfmanceofthetool.Especiallyinrecentyearssuperhardfilmdesignconceptproposedtoimprovethehightemperatureperfmanceoftheto

6、olcoatedtoolsusedinhighspeedDryCuttingitpossibleinthey.【關鍵詞關鍵詞】：刀具涂層切削效率涂層材料CVDKeywds:toolcoatingCuttingefficiencyCoatingmaterialCVD【引言引言】：自20世紀70年代初硬質涂層刀具問世以來，化學氣相沉積(CVD)技術和物理氣相沉積(PVD)技術相繼得到發(fā)展，為刀具性能的提高開創(chuàng)了歷史的新篇章。涂層刀具與未涂層

7、刀具相比，具有顯著的優(yōu)越性：它可以提高加工效率，提高加工精度，延長刀具使用壽命，從而保證加工件的質量，降低加工成本?！菊恼摹緾VDCVD涂層技術的進展涂層技術的進展過去，硬質合金刀具表面涂層采用高溫化學氣相沉積(HTCVD)工藝。在常壓或負壓的沉積系統(tǒng)中，將純凈的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等氣體根據沉積物的成分，按一定配比均勻混和，依次涂到具備一定溫度(一般為1000~1050℃)的硬質合金刀片表面，即在刀片

8、表面沉積例如，中國哈爾濱第一工具廠和德國PVT公司合作，成立了哈一工普威特鍍膜合資股份公司。歐瑞康巴爾查斯公司在全球設有77個涂層中心，在中國蘇州、天津和漢江各設有一個中心，中國鄰近城市和地區(qū)的工具廠家，其涂層產品多在上述中心進行涂層。湖南株洲硬質合金廠和四川自貢長城硬質合金廠的涂層設備都是從國外引進的。低壓氣相合成金剛石薄膜的應用低壓氣相合成金剛石薄膜的應用金剛石和石墨是同素異形體，金剛石品體是立方品系，屬Fd3m空間群；而石墨是六角

9、品系，屬R3m空間群。由于原子之間的鍵合方式不同，使其性能差異十分巨大。從熱力學的理論來看，石墨比金剛石更穩(wěn)定。低壓氣相生長金剛石，在碳的相圖中，是在石墨為穩(wěn)態(tài)而金剛石為亞穩(wěn)態(tài)的區(qū)域中進行。然而，由于兩相的化學勢十分接近，兩相都能生成。低壓氣相合成金剛石的關鍵技術是抑制石墨相，促進金剛石相生長。常用的合成方法有熱絲法，等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)，包括微波PCVD、電子回旋共振ECR—PCVD、直流和射頻PCVD等方法，直流和

10、高頻電弧放電熱等離子體法等。反應過程中輸入的能量(如射頻功率、微波功率等)、反應氣體的激活狀態(tài)和最佳配比、沉積過程的成核模式等，對于生成金剛石膜有決定性作用。襯底材料的晶型和點陣常數(shù)對金剛石膜成核生長影響很大，當金剛石相和石墨相在襯底上同時成核時，石墨相就會迅速生長。如果存在高濃度的原于氫就會對長出的石墨相起腐蝕作用而將石墨相除去，雖然它也能對金剛石相起腐蝕作用，但速度卻慢得多，從而達到抑制石墨相生長的目的。許多沉積金剛石薄膜的溫度要求

11、為600℃900℃，因此該技術常用于硬質合金刀具表面沉積金剛石薄膜。立方氮化硼立方氮化硼CBNCBN薄膜技術尚待突破薄膜技術尚待突破與人工合成金剛石薄膜相比，人工合成CBN薄膜的研究工作開展得較晚。BN有3種異構體：CBN立方品系閃鋅礦結構，F(xiàn)43m空間群；h—BN六方品系石墨結構，P6mmc空間群；w—BN六方品系纖鋅礦結構，P63mc空間群。3種異構體的性能差別很大，h—BN具有與石墨極為相似的結構，質地很軟。而w—BN和CBN中，

12、B、N原子都要被此形成四配位結構，它們都是超硬材料。用高溫高壓方法得到的CBN是顆粒狀晶體，最高顯微硬度可達84.3GPa，CBN薄膜的最高顯微硬度為61.8GPa，其綜合性能并不亞于金剛石薄膜。CBN在硬度和導熱率方面僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性極好，在大氣中加熱至1000℃也不發(fā)生氧化。CBN對于鐵族金屬具有極為穩(wěn)定的化學性能，與金剛石不宜加工鋼材不同，它可以廣泛用于鋼鐵制品的精加工、研磨等。CBN涂層除具有優(yōu)良的耐磨損性能外，還可以在相

13、當高的切削速度下加工耐熱鋼、鈦合金、淬火鋼，能切削高硬度的冷硬軋輥、摻碳淬火材料和對刀具磨損非常嚴重的SiAl合金等。低壓氣相合成CBN薄膜的方法主要有CVD和PVD法。CVD包括化學輸運PCVD，熱絲輔助加熱PCVD、ECRCVD等；PVD則有反應離子束鍍、活性反應蒸鍍、激光蒸鍍離子束輔助沉積法等。CBN的合成技術，在基礎研究和應用技術方面都還有不少工作要做，包括反應機制和成膜過程、等離子體診斷和質譜分析、最佳工藝條件的確定、高效率設