單涂層刀具由于基材與涂層兩者的硬度,彈性模量及熱膨脹系數(shù)相差較遠(yuǎn),晶格類(lèi)型也不盡相同,導(dǎo)致殘余應(yīng)力增加,結(jié)合力較弱。在單涂層中加入新的元素(如加入Cr和Y提高抗氧化性,加入Zr榛湖、V哥甲、B和Hf提高抗磨損性,加入Si提高硬度和抗化學(xué)擴(kuò)散)制備出多元的刀具涂層材料,大大提高了刀具的綜合性能。

最常用的多元刀具涂層是TiCN肃径、TiAlN涂層殴据。TiCN涂層兼有TiC和TiN涂層的良好韌性和硬度,它在涂覆過(guò)程中可通過(guò)連續(xù)改變C和N的成份來(lái)控制TiCN的性質(zhì),并可形成不同成份的梯度結(jié)構(gòu),降低涂層的內(nèi)應(yīng)力,提高韌性,增加涂層厚度,阻止裂紋擴(kuò)展,減少崩刃墙目。

TiCN涂層技術(shù)不斷地在發(fā)展,九十年代中期,中溫化學(xué)氣相沉積(MT-CVD)新技術(shù)的出現(xiàn),使CVD技術(shù)發(fā)生了革命性變革。MT-CVD技術(shù)是以有機(jī)物乙腈(CH3CN)作為主要反應(yīng)氣體,在700℃以下生成TiCN涂層又信。這種TiCN涂層方法有效控制了很脆的η相(Co3W3C)生成,提高了涂層的耐磨性胰绢、抗熱震性及韌性。研究表明:在PVD沉積TiCN涂層時(shí)適當(dāng)增加離子束轟擊也可明顯提高涂層的硬度及耐磨性抛冗。近年來(lái),以TiCN為基的四元成分新涂層材料(如TiZrCN切省、TiAlCN、TiSiCN等)也紛紛出現(xiàn)帕胆。

TiAlN涂層材料是目前應(yīng)用最廣泛的高速硬質(zhì)合金刀具涂層之一,TiAlN有很高的高溫硬度和優(yōu)良的抗氧化能力,涂層組成由原來(lái)的Ti0.75Al0.25N轉(zhuǎn)化為優(yōu)先使用的Ti0.5Al0.5N朝捆。Ti0.5Al0.5N涂層抗氧化溫度為800℃,在高速加工中表面會(huì)產(chǎn)生一層非晶態(tài)Al2O3薄膜,對(duì)涂層起保護(hù)作用。目前人們將研究重點(diǎn)放在對(duì)TiAlN涂層的改進(jìn)上,以滿足應(yīng)用領(lǐng)域?qū)χT如抗氧化性能懒豹、熱穩(wěn)定性能及熱硬度等需求的不斷提高芙盘。目前德國(guó)CemeCon公司采用高電離濺射技術(shù)(HIS?)獲得先進(jìn)的TiAlN涂層,涂層與基體有極好的結(jié)合力,避免了采用多弧離子鍍技術(shù)時(shí)蒸發(fā)材料在熔融狀態(tài)以液滴的形式沉積于工作表面的現(xiàn)象,從而可獲得表面非常光滑平整的涂層。Balzers公司新開(kāi)發(fā)的X.CEED涂層也是一種單層TiAlN涂層,具有優(yōu)異的紅硬性和抗氧化性,即使在惡劣的條件下,涂層與基體仍具有良好的結(jié)合強(qiáng)度脸秽。三菱公司的MIRACLE涂層是含Al豐富的(Al,Ti)N涂層,通過(guò)大幅提高膜硬度和抗氧化性而實(shí)現(xiàn)了對(duì)淬火鋼的直接加工儒老。

TiBN涂層是基于TiN和TiB2發(fā)展起來(lái)的多元涂層,它既增強(qiáng)了TiN涂層的硬度,又保持了良好的韌性,避免了BN涂層和TiB2涂層的脆性,涂覆刀具耐磨性及抗腐蝕能力顯著提高,且磨擦系數(shù)較低。CHeau等人過(guò)濺射Ti-B靶材沉積出的Ti-B-N涂層結(jié)合力得以改善,且達(dá)到了44GPa的顯微硬度记餐。CemeCon公司開(kāi)發(fā)的TiAlBN涂層,通過(guò)硼含量的變化,在加工過(guò)程中產(chǎn)生所謂“實(shí)時(shí)”現(xiàn)象,即通過(guò)硼擴(kuò)散,形成BN贷盲、B2N3,從而得到有利于切削加工的潤(rùn)滑膜層。此外還有日立公司開(kāi)發(fā)的高溫下具有低摩擦系數(shù)的TiBON涂層剥扣。

在TiN中加入Si元素形成TiSiN多元涂層,其抗高溫氧化性較單涂層TiN明顯提高巩剖。日本日立公司開(kāi)發(fā)的適用于硬切削的TiSiN涂層具有36GPa的硬度和1100℃的開(kāi)始氧化溫度,此外日立公司還以Cr代替Ti元素,開(kāi)發(fā)出具有潤(rùn)滑性,更適合用于鋁、不銹鋼等粘附性強(qiáng)的材料加工的CrSiN涂層以及四元的具有超強(qiáng)耐氧化性的AlCrSiN涂層钠怯。

Balzers公司另一具有代表性的多元涂層是以Cr元素替代Ti元素的AlCrN涂層,稱為G6,該涂層具有HV3200的顯微硬度,使用溫度可達(dá)到1000℃,它的韌性超過(guò)鈦基涂層(如TiAlN佳魔、TiCN),更適合斷續(xù)切削和難加工材料的加工。

成都工具研究所開(kāi)發(fā)了我國(guó)首創(chuàng)的Ti-C-N-O-Al和Ti-C-N-B兩個(gè)系列共三種高性能多元復(fù)合涂層,具有優(yōu)異的復(fù)合機(jī)械性能和優(yōu)良的切削性能,主要用于汽車(chē)刀具及Hertel系列螺紋梳刀片上福信。其他的多元涂層材料還有TiMoN,TiCrN,NbCrN,NbZrN等惧仪。

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