1.金剛石庆尘、類金剛石(DLC)涂層

金剛石涂層是新型刀具涂層材料之一允懂。它利用低壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)在硬質(zhì)合金基體上生長出一層由多晶組成的金剛石膜,用其加工硅鋁合金和銅合金等有色金屬、玻璃纖維等工程材料及硬質(zhì)合金等材料,刀具壽命是普通硬質(zhì)合金刀具的50～100倍叠国。金剛石涂層采用了許多金剛石合成技術(shù),最普通的是熱絲法未檩、微波等離子法和DC等離子噴射法戴尸。通過改進(jìn)涂層方法和涂層的粘結(jié),已生產(chǎn)出金剛石涂層刀具,并在工業(yè)上得到了應(yīng)用。

近年來,美國冤狡、日本和瑞典等國家都已相繼推出了金剛石涂層的絲錐孙蒙、鉸刀、銑刀以及用于加工印刷線路板上的小孔金剛石涂層硬質(zhì)合金鉆頭及各種可轉(zhuǎn)位刀片,如瑞典Sandvik公司的CD1810和美國Kennametal公司的KCD25等牌號產(chǎn)品悲雳。美國Turchan公司開發(fā)的一種激光等離子體沉積金剛石的新工藝,用此法沉積金剛石,由于等離子場包圍整個刀具,刀具上的涂層均勻,其沉積速度比常規(guī)CVD法快1000倍挎峦。此法所成的金剛石涂層與基體之間產(chǎn)生真正的冶金結(jié)合,涂層強(qiáng)度高,可防止涂層脫落、龜裂和裂紋等缺陷俊瞬。CemeCon公司具有特色的CVD金剛石涂層技術(shù),2000年建立生產(chǎn)線,使金剛石涂層技術(shù)達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平,其技術(shù)含量高,可以批量生產(chǎn)金剛石涂層危葵。

類金剛石涂層在對某些材料(Al、Ti及其復(fù)合材料)的機(jī)械加工方面具有明顯優(yōu)勢兑蹈。通過低壓氣相沉積的類金剛石涂層,其微觀結(jié)構(gòu)與天然金剛石相比仍有較大差異蠢缚。九十年代,常采用激活氫存在下的低壓氣相沉積DLC,涂層中含有大量氫。含氫過多將降低涂層的結(jié)合力和硬度,增大內(nèi)應(yīng)力污祭。DLC中的氫在較高的溫度下會慢慢釋放出來,引起涂層工作不穩(wěn)定锐校。不含氫的DLC硬度比含氫的DLC高,具有組織均勻、可大面積沉積慨蜒、成本低矮按、表面平整等優(yōu)點(diǎn),已成為近年來DLC涂層研究的熱點(diǎn)。美國科學(xué)家A.A.Voevodin提出沉積超硬DLC涂層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為Ti-TiC-DLC梯度轉(zhuǎn)變涂層,使硬度由較軟的鋼基體逐漸提高到表層超硬的DLC涂層候塞。這類復(fù)合涂層既保持了高硬度和低摩擦系數(shù),又降低了脆性,提高了承載力痊缎、結(jié)合力及磨損抗力。日本住友公司推出了在硬質(zhì)合金刀片上涂覆金剛石DLC的DL1000涂層,用于切削鋁合金和非鐵金屬,抗粘結(jié),能有效降低已加工表面的粗糙度季键。

經(jīng)過多年的研究表明:由于類金剛石涂層的內(nèi)應(yīng)力高石勋、熱穩(wěn)定性差及與黑色金屬間的觸媒效應(yīng)使SP3結(jié)構(gòu)向SP2轉(zhuǎn)變等缺點(diǎn),決定了它目前只能應(yīng)用于加工有色金屬,因而限制了它在機(jī)加工方面的進(jìn)一步應(yīng)用。但是近年來的研究表明,以SP2結(jié)構(gòu)為主的類金剛石涂層(也稱為類石墨涂層)硬度也可達(dá)到20～40GPa,卻不存在與黑色金屬起觸媒效應(yīng)的問題,其摩擦系數(shù)很低又有很好的抗?jié)裥?切削時可以用冷卻劑也可用于干切削,其壽命比無涂層刀有成倍的提高,可以加工鋼鐵材料,因而引起了涂層公司可都、刀具廠家的極大興趣缓待。假以時日,這種新型的類金剛石涂層將會在切削領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

2.立方氮化硼(CBN)涂層

CBN是繼人工合成金剛石之后出現(xiàn)的另一種超硬材料,它除了具有許多與金剛石類似的優(yōu)異物理渠牲、化學(xué)特性(如超高硬度,僅次于金剛石,高耐磨性,低摩擦系數(shù),低熱膨脹系數(shù)等)外,同時還具有一些優(yōu)于金剛石的特性旋炒。CBN對于鐵、鋼和氧化環(huán)境具有化學(xué)惰性,在氧化時形成一薄層氧化硼,此氧化物為涂層提供了化學(xué)穩(wěn)定性,因此它在加工硬的鐵材签杈、灰鑄鐵時耐熱性也極為優(yōu)良,在相當(dāng)高的切削溫度下也能切削耐熱鋼瘫镇、淬火鋼、鈦合金等,并能切削高硬度的冷硬軋輥答姥、滲碳淬火材料以及對刀具磨損非常嚴(yán)重的硅鋁合金等難加工材料铣除。

自1987年Inagawa等成功地制備了出純的CBN涂層以來,在國際上掀起了CBN硬質(zhì)涂層的研究熱潮。低壓氣相合成CBN涂層的方法主要有CVD和PVD法。CVD包括化學(xué)輸運(yùn)PCVD,熱絲輔助加熱PCVD,ECR-CVD等尚粘；PVD則有反應(yīng)離子束鍍择卦、活性反應(yīng)蒸鍍、激光蒸鍍離子束輔助沉積法等郎嫁。研究結(jié)果表明:在合成CBN相秉继、對硬質(zhì)合金基體的良好粘結(jié)和合適的硬度等方面已取得了進(jìn)展,目前沉積在硬質(zhì)合金上的立方氮化硼最大僅為0.2～0.5μm,若想達(dá)到商品化,則必須采用可靠的技術(shù)來沉積高純的經(jīng)濟(jì)的CBN涂層,其厚度應(yīng)在3～5μm,并在實(shí)際金屬切削加工中證實(shí)其效果。

(暫不可見)x涂層

二十世代八十年代,美國科學(xué)家Liu和Cohen設(shè)計(jì)了類似β-Si3N4新型化合物β-C3N4,采用固體物理和量子化學(xué)理論,計(jì)算出它的硬度可能達(dá)到金剛石,這引起了世界各國科學(xué)家的關(guān)注源相。合成氮化碳成為世界材料科學(xué)領(lǐng)域的熱門課題折司。日本Okayama大學(xué)的FFujimoto采用電子束蒸發(fā)離子束輔助沉積法獲得的氮化碳涂層達(dá)到63.7Gpa。武漢大學(xué)合成的氮化碳硬度分別達(dá)到50GPa,并沉積到高速鋼麻花鉆上,獲得非常好的鉆孔性能肺倾。合成氮化碳的主要方法有真流和射頻反應(yīng)濺射法负腻、激光蒸發(fā)和離子束輔助沉積法ECR-CVD法、雙離子束沉積法等圈咬。

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