1引言

對刀具進行涂層處理是提高刀具性能的重要途徑之一,隨著涂層刀具的出現(xiàn),使刀具切削性能有了重大突破图漓。涂層刀具可以提高加工效率和加工精度,延長刀具使用壽命,降低加工成本。

自20世紀70年代以來,刀具涂層技術(shù)取得了飛速發(fā)展,涂層工藝越來越成熟媒龟。西方工業(yè)發(fā)達國家使用的涂層刀片占可轉(zhuǎn)位刀片的比例已由1978年的26%增加到1985年的50～60%肄朵。新型數(shù)控機床所用切削刀具中有80%左右使用涂層刀具。瑞典山特維克公司和美國肯納金屬公司的涂層刀片的比例已達80～85%以上病囱。美國數(shù)控機床上使用涂層硬質(zhì)合金刀片比例為80%,瑞典和德國車削用涂層刀片已占70%以上贰漱。1981年～1985年期間,前蘇聯(lián)的刀具產(chǎn)量增加了16%、硬質(zhì)合金刀具增加了29%,而涂層刀具則增加了5倍继蚪。涂層刀具己成為現(xiàn)代刀具的重要標志,并將是今后數(shù)控加工領(lǐng)域中最重要的刀具品種之一簸悟。

TiAlN涂層作為一種新型涂層材料,具有硬度高、氧化溫度高杨朴、熱硬性好明青、附著力強、摩擦系數(shù)小幻彪、導(dǎo)熱率低等優(yōu)良特性,尤其適用于高速切削高合金鋼褪储、不銹鋼、欽合金慧域、鎳合金等材料鲤竹。在要求高耐磨性的場合下,鑒于TiN涂層在高溫性能方面所表現(xiàn)出的不足,TiAlN有望部分或完全替代TiN,因此,TiAlN涂層刀具具有極其廣闊的應(yīng)用前景。

自1985年Knotek等首次發(fā)表了關(guān)于TiAlN涂層的研究成果后,人們便對其優(yōu)異的抗高溫氧化能力和良好的使用性能表示了極大的關(guān)注,已經(jīng)用多種PVD方法成功制備了TiAlN膜昔榴。由于TiAlN涂層的制備方法不盡相同,已見報道的TiAlN涂層的性能也有差異辛藻。表1是幾種常用涂層的主要性能比較(數(shù)據(jù)來源于Balzers涂層有限公司)。

表1 幾種涂層的主要性能比較 涂層材料 微硬度
(HV) 彈性模量
(GPa) 最大適用
溫度(℃) 涂層結(jié)構(gòu) TiN 2300 260 600 單層 TiCN 3000 352 400 單層 TiAlN 3300 380 900 納米結(jié)構(gòu)

由表可以看出,TiAlN涂層具有高的硬度和氧化溫度,隨著涂層的多層化和納米化,TiAlN涂層的性能正在逐漸提高互订。TiAlN的化學(xué)穩(wěn)定性好,抗氧化磨損能力強,其硬度為3400～3600HV),耐磨性僅低于類金剛石膜,是目前國際工具行業(yè)最為推崇的超硬涂層吱肌。當(dāng)Al含量超過50%時,為了區(qū)別于TiAlN,有人稱其為AlTiN痘拆。AlTiN涂層的硬度隨含鋁量的增加而提高,鋁含量可以超過65%；當(dāng)鋁含量提高后也會形成較軟的AlN相,使其硬度降低,但是鋁含量并不是影響硬度的唯一因素氮墨。AlTiN的硬度可達4500HV纺蛆。目前TiAlN/Al₂O₃多層PVD涂層也已研究成功,這種刀具的涂層硬度可達4000HV,涂層數(shù)為400層(厚度5nm),切削性能優(yōu)于TiC/l₂O₃/TiN涂層刀具。

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