刀具表面涂层技术进展综述1).pdf

《精密制造与自动化》 刀具表面涂层技术进展综述 广西桂林市西山南巷35号 (541001)胡兴军 刀具表面涂层技术是应市场需求发展起来的一 金刀片及PVD涂层刀具进入市场后，首先要解决的 种优质表面改性技术，由于该项技术可使切削刀具 是制造出稳定可靠的涂层刀具的技术装备，并逐步 获得优良的综合机械性能，从而大幅度提高机械加 完善，以满足市场需求。其次是开发新一代涂层成 工效率及刀具使用寿命，因此该项技术已成为满足 分，进一步提高涂层刀具的切削效率。第三阶段是 现代机械加工高效率、高精度、高可靠性要求的关键 研制多层涂层及控制技术，使刀具表层具有多种涂 技术之一。为满足现代机械加工的要求，世界各国 层材料的综合物理机械性能，从而满足加工不同金 都十分注重涂层技术的发展。 属的需求。 1 刀具涂层技术发展简述 碳化钛是一种高硬度耐磨化合物，有着良好的 涂层技术对刀具的发展起到了巨大的促进作 抗磨擦性能：氮化钛的硬度稍低，但却有较高的化学 用。刀具经过涂层后可大幅度地延长使用寿命，资 稳定性，并可大大减少刀具与工件的磨擦系数。从 料显示，发达国家80％的刀具经过涂层处理。另外， 涂层工艺性考虑，两者均为理想的涂层材料，但无论 随着涂层装备的逐步改进和涂层工艺的成熟，刀具 碳化钛还是氮化钛，单一的徐层很难满足高速切削 成本正在逐年下降。因此，近年来机械加工厂家大 对刀具涂层的综合要求。 都认识到涂层刀具是提高切削效率，降低生产成本 自PVD涂层高速钢刀具投入应用以来，人们一 的有效途径。 一般来说，涂层应具有足够的化学稳定性能、热 具进行涂层。由于PVD工艺温度低、不会降低硬质 硬度和与基体较强的粘结性能。优化的涂层厚度、 合金的自身强度，刀片刃部可磨得很锋利，从而降低 细的显微结构及残余压应力可以进一步提高涂层性 能。涂层材料化学惰性的标准是它的形成标准，自 在刀具涂层中并存和相互补充，并且自身的优点在 由能的负数很高或在切削温度下它在工件材料的溶 涂层刀具中具有各自的份额。一般来说，高速钢及 解度很低。在切削温度下，只要硬涂层比基体的硬 锋利的硬质合金精刀片和硬质合金多刃刀具采用 度高，就有助于增强抗磨粒磨损，虽然切削主要由化 PVD工艺涂层比较理想，其余大部分硬质合金刀片 学磨损所控制，但由于高的涂层硬度会使刀具前面 均可采用CVD工艺涂层。 在较高的温度下，其抗月牙洼磨损性能得到增强。 2刀具涂层技术的分类 涂层方法及过程参数影响硬涂层的显微结构，反之， 刀具涂层技术目前仍可划分为两大类，即CVD 显微结构(如颗粒尺寸、颗粒结构、颗粒边界和相边 (化学气相沉积)和PVD技术(物理气相沉积)。 界)又影响硬涂层的力学性能和金属切削性能。为 2．1 CVD涂层 了获得满意的切削性能，刀具涂层与基体的粘结必 硬质合金刀具主要采用化学气相沉积(CVD)工 须牢固。为了达到最大的金属切除率，涂层的厚度 艺，其硬涂层可提高刀具寿命和生产率。化学气相 必须是最优化的：太薄，在切削时保持的时间太短； 法(CVD)沉积金刚石薄膜是国际上正在迅速发展 太厚，它的作用就好象是整体的材料，失去了与基体 和应用的一项高新技术。在硬质合金(或陶瓷)衬底 组合的优越性。 上涂覆10—30毫米厚的金刚石薄膜可制成涂层刀 目前，刀具涂层技术主要分为两大类：一是涂层