絕對受用的刀具涂層技術大講堂
絕對受用的刀具涂層技術大講堂
刀具涂層技術自從問世以來，對刀具技術的改善和加工技術起到了越來越重要的作用，已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具的標志。涂層刀具是通過在韌性較好的硬質合金基體或高速鋼基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的，使刀具性能發(fā)生了巨大的變化。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等，其中TiC的硬度比TiN高，抗磨損性能更好。對硬質合金，一般采用化學氣相沉積法（CVD），層積溫度為1000℃；而對高速鋼刀具，一般采用物理氣相沉積法（PVD），層積溫度在500℃左右。隨著涂層工藝的日益成熟和不斷發(fā)展，從開始的單一涂層，進入到開發(fā)多元、多層、梯度、納米涂層的新階段。就目前PVD 技術的發(fā)展狀況，涂層薄膜結構大體可以分為單一涂層、復合涂層、梯度涂層、多層涂層、納米多層涂層、納米復合結構涂層。
繼美國公司于1957年首次合成立方氮化硼之后，在高溫高壓條件下將立方氮化硼聚合在硬質合金上，得到了復合結構的立方氮化硼（CBN）刀片。CBN刀具有聚晶燒結塊和復合刀片兩種，能在較高切削速度下加工淬硬鋼及鑄鐵，以車代磨，并可高速切削部分高溫合金，加工精度高，表面粗糙度相當?shù)?，而且立方氮化硼還適宜加工各種淬硬鋼、Ni基、Fe基及其他一些耐磨、耐蝕的熱噴涂（焊）件材料，釩鈦鑄鐵、冷硬鑄鐵等耐磨類鑄鐵，鈦合金材料等。
陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高溫力學性能，與金屬的親和力小，不易與金屬產(chǎn)生粘結，并且化學穩(wěn)定性好。因此，陶瓷刀具可以加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的超硬材料。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基兩大類，加入各種碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善其性能，還可通過顆粒、晶須、相變、微裂紋和幾種增韌機理的協(xié)同作用提高其斷裂韌性。
目前，國產(chǎn)的一些晶須增韌陶瓷、梯度功能陶瓷等產(chǎn)品已達到國外同類刀片的性能，有的還優(yōu)于國外。陶瓷刀具使用的主要原料氧化鋁、氧化硅等在地殼中含量豐富，對節(jié)省貴重金屬也具有重要的意義。陶瓷刀具主要應用于難加工材料的高速加工。國際上已經(jīng)將陶瓷材料刀具視為進一步提高生產(chǎn)率的有希望的刀具之一。
在相對較軟的刀具基體上涂覆一層或多層硬度高、耐磨性好的金屬或非金屬化合物薄膜（如TiAlN、TiC、TiN、Al2O3等）而形成的涂層刀具，是切削刀具發(fā)展的一次革命。涂層刀具與未涂層刀具相比，具有明顯的優(yōu)越性：顯著降低摩擦系數(shù)，改善刀具表面的摩擦學性能和排屑能力；顯著提高耐磨性和抗沖擊韌性，改善刀具的切削性能，提高加工效率和刀具壽命；提高刀具表面抗氧化性能，使刀具可以承受更高的切削熱，有利于提高切削速度及加工效率，并擴大了干切削的應用范圍。在先進制造業(yè)中，80%以上的硬質合金刀具及高性能高速鋼刀具都采用了表面涂層技術，而CNC機床上所用的切削刀具90%以上是涂層刀具。