刀具涂层知识及超硬刀具材料的涂层技术的研究.pdf

郑州华菱超硬材料有限公司 2014.12 刀具涂层知识及超硬刀具材料的涂层技术的研究 一、刀具涂层 通过化学或物理的方法在刀具表面形成某种薄膜，使切削刀具获得优良的 综合切削性能，从而满足高速切削加工的要求；自20 世纪70 年代初硬质涂层 刀具问世以来，化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术相继得到发 展，为刀具性能的提高开创了历史的新篇章。涂层刀具与未涂层刀具相比，具 有显著的优越性：它可大幅度提高切削刀具寿命；有效地提高切削加工效率； 提高加工精度并明显提高被加工工件的表面质量；有效地减少刀具材料的消耗， 降低加工成本；减少冷却液的使用，降低成本，利于环境保护。 二、刀具涂层的特点： 1，采用涂层技术可在不降低刀具强度的条件下，大幅度地提高刀具表面 硬度，目前所能达到的硬度已接近100GPa； 2.随着涂层技术的飞速发展，薄膜的化学稳定性及高温抗氧化性更加突出， 从而使高速切削加工成为可能。 3.润滑薄膜具有良好的固相润滑性能，可有效地改善加工质量，也适合于 干式切削加工； 4.涂层技术作为刀具制造的最终工序，对刀具精度几乎没有影响，并可进 行重复涂层工艺。 三、常用的涂层 1，氮化钛涂层： 氮化钛（TiN）是一种通用型PVD 涂层，可以提高刀具 硬度并具有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具或成形工具可获得很 不错的加工效果。 2，氮化铬涂层：CrN 涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中 成为首选涂层。涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速钢刀具或硬质合金刀具和 成形工具的加工性能将会大大改善。 3，金刚石涂层 CVD 金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供最佳性能， 是加工石墨、金属基复合材料(MMC)、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想 涂层(注意：纯金刚石涂层刀具不能用于加工钢件，因为加工钢件时会产生大量 切削热，并导致发生化学反应，使涂层与刀具之间的粘附层遭到破坏)。 4，氮碳化钛涂层：氮碳化钛（TiCN）涂层中添加的碳元素可提高刀具硬 度并获得更好的表面润滑性，是高速钢刀具的理想涂层。 5，氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)：TiAlN/AlTiN 涂层中形成的氧化 铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。主要用于干式或半干式切削加工的硬 质合金刀具可选用该涂层。根据涂层中所含铝和钛的比例不同，AlTiN 涂层可 华菱超硬知名于高硬度材料切削领域，致力于高硬度切削和高速切削领域完整的刀具产品及方案设计 郑州华菱超硬材料有限公司 2014.12 提供比TiAlN 涂层更高的表面硬度，因此它是高速加工领域又一个可行的涂层 选择。 四：涂层技术及刀具涂层知识 1，氮碳化钛(TiCN)涂层比氮化钛(TiN)涂层具有更高的硬度。由于增加了 含碳量，使TiCN 涂层的硬度提高了33%，其硬度变化范围约为Hv3000～ 4000(取决于制造商）。 2，CVD 金刚石涂层：表面硬度高达Hv9000 的CVD 金刚石涂层在刀具上的 应用已较为成熟，与PVD 涂层刀具相比，CVD 金刚石涂层刀具的寿命提高了 10～20 倍。金刚石涂层刀具的高硬度，使得切削速度可比未涂层的刀具提高 2～3 倍，使 CVD 金刚氧化温度是指涂层开始分解时的温度值。氧化温度值越高， 对在高温条件下的切削加工越有利。虽然TiAlN 涂层的常温硬度也许低于TiCN 涂层，但事实证明它在高温加工中要比TiCN 有效得多。TiAlN 涂层在高温下仍 能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间形成数控微信号cncdar 一层氧化 铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速钢刀具相比，硬质合金 刀具的切削速度通常更高，这就使TiAlN 成为硬质合金刀具的首选涂层，硬质 合金钻头和立铣刀通常采用这种PVDTiAlN 涂层石涂层刀具成为有色金属和非金 属材料切削加工的不错选择。 3，刀具表面的硬质薄膜对材料有如下要求：①硬度高、耐磨性能好；②化 学性能稳定，不与工件材料发生化学反应；⑧耐热耐氧化，摩擦系数低，与基 体附着牢固等。单一涂层材料很难全部达到上述技术要求。涂层材料的发展， 已由最初的单一TiN 涂层、TiC 涂层，经历了 Ti