刀具涂層

1、數(shù)控涂層刀具技術(shù)的進(jìn)展【摘要摘要】：當(dāng)前，全球經(jīng)濟(jì)正處在一個(gè)根本性的變革時(shí)期，制造業(yè)已發(fā)生了革命性轉(zhuǎn)變，以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的現(xiàn)代制造技術(shù)正朝著高速‘干式切削加工方向邁進(jìn)。在該領(lǐng)域中，切削刀具制造技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要?，F(xiàn)代化的金屬切削加工，對(duì)刀具的要求是高切削速度、高進(jìn)給速度、高可靠性、長(zhǎng)壽命、高精度和良好的切削控制性。由于刀具涂層技術(shù)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(zhì)薄膜表層相結(jié)合，由于基體保持了良好

2、的韌性和較高的強(qiáng)度，硬質(zhì)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(shè)計(jì)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(yīng)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(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】：刀具涂層切削效率涂層材料CVDKeywds:toolcoatingCuttingefficiencyCoatingmaterialCVD【引言引言】：自20世紀(jì)70年代初硬質(zhì)涂層刀具問世以來，化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)和物理氣相沉積(PVD)技術(shù)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(zhǎng)刀具使用壽命，從而保證加工件的質(zhì)量，降低加工成本?！菊恼摹緾VDCVD涂層技術(shù)的進(jìn)展涂層技術(shù)的進(jìn)展過去，硬質(zhì)合金刀具表面涂層采用高溫化學(xué)氣相沉積(HTCVD)工藝。在常壓或負(fù)壓的沉積系統(tǒng)中，將純凈的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等氣體根據(jù)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(zhì)合金刀片表面，即在刀片

8、表面沉積例如，中國(guó)哈爾濱第一工具廠和德國(guó)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(shè)有77個(gè)涂層中心，在中國(guó)蘇州、天津和漢江各設(shè)有一個(gè)中心，中國(guó)鄰近城市和地區(qū)的工具廠家，其涂層產(chǎn)品多在上述中心進(jìn)行涂層。湖南株洲硬質(zhì)合金廠和四川自貢長(zhǎng)城硬質(zhì)合金廠的涂層設(shè)備都是從國(guó)外引進(jìn)的。低壓氣相合成金剛石薄膜的應(yīng)用低壓氣相合成金剛石薄膜的應(yīng)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(xué)的理論來看，石墨比金剛石更穩(wěn)定。低壓氣相生長(zhǎng)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(jìn)行。然而，由于兩相的化學(xué)勢(shì)十分接近，兩相都能生成。低壓氣相合成金剛石的關(guān)鍵技術(shù)是抑制石墨相，促進(jìn)金剛石相生長(zhǎng)。常用的合成方法有熱絲法，等離子體增強(qiáng)化學(xué)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(yīng)過程中輸入的能量(如射頻功率、微波功率等)、反應(yīng)氣體的激活狀態(tài)和最佳配比、沉積過程的成核模式等，對(duì)于生成金剛石膜有決定性作用。襯底材料的晶型和點(diǎn)陣常數(shù)對(duì)金剛石膜成核生長(zhǎng)影響很大，當(dāng)金剛石相和石墨相在襯底上同時(shí)成核時(shí)，石墨相就會(huì)迅速生長(zhǎng)。如果存在高濃度的原于氫就會(huì)對(duì)長(zhǎng)出的石墨相起腐蝕作用而將石墨相除去，雖然它也能對(duì)金剛石相起腐蝕作用，但速度卻慢得多，從而達(dá)到抑制石墨相生長(zhǎng)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(shù)常用于硬質(zhì)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(shù)尚待突破薄膜技術(shù)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(gòu)體：CBN立方品系閃鋅礦結(jié)構(gòu)，F(xiàn)43m空間群；h—BN六方品系石墨結(jié)構(gòu)，P6mmc空間群；w—BN六方品系纖鋅礦結(jié)構(gòu)，P63mc空間群。3種異構(gòu)體的性能差別很大，h—BN具有與石墨極為相似的結(jié)構(gòu)，質(zhì)地很軟。而w—BN和CBN中，

12、B、N原子都要被此形成四配位結(jié)構(gòu)，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(dá)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(dǎo)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(duì)于鐵族金屬具有極為穩(wěn)定的化學(xué)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(dāng)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(duì)刀具磨損非常嚴(yán)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(xué)輸運(yùn)PCVD，熱絲輔助加熱PCVD、ECRCVD等；PVD則有反應(yīng)離子束鍍、活性反應(yīng)蒸鍍、激光蒸鍍離子束輔助沉積法等。CBN的合成技術(shù)，在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)方面都還有不少工作要做，包括反應(yīng)機(jī)制和成膜過程、等離子體診斷和質(zhì)譜分析、最佳工藝條件的確定、高效率設(shè)