TiAlN和AlTiN是將Al元素沉積到TiN中而形成的PVD刀具涂層诵原。迄今為止愤诱，通過(guò)增加TiAlN活喊、AlTiN涂層中的鋁含量丐膝，從而增強(qiáng)刀具涂層的耐高溫性能和硬度，一直是刀具制造商和涂層公司關(guān)注的重大技術(shù)課題箫俯。自1995年以來(lái)焕徽，人們一直在持續(xù)不斷地研究和改進(jìn)相關(guān)的氣相沉積工藝。到2000年怕事，TiAlN和AlTiN涂層中鋁元素與鈦元素的成分比例已從原來(lái)的1∶2提高到3∶2竹恃，即鋁含量已從33％增加到60％。
 
　　為了進(jìn)一步提高涂層中的鋁含量旅测，總部位于列支敦士登的巴爾查斯（Balzers）涂層公司經(jīng)過(guò)大量研究開發(fā)肘勾，發(fā)明了用鉻元素取代鈦元素的涂層技術(shù)厚较，并于2004年推出了商品名為“Balinit Alcorna”的單層AlCrN涂層聋丝。AlCrN涂層的鋁含量比一般的AlTiN涂層更高，適用于包括齒輪滾刀见炫、立銑刀佛或、銑刀片在內(nèi)的多種高速鋼和硬質(zhì)合金刀具譬功。此外，它也可以用于車削刀具弧跑，但僅限于耐熱性和擴(kuò)散穩(wěn)定性極好的基體材料奋隶，如PCBN和Si3N4陶瓷。在EMO Hannover 2005展覽會(huì)上悦荒，巴爾查斯公司又推出了商品名為“Balinit Helica”唯欣，專為孔加工刀具設(shè)計(jì)的多層AlCrN涂層。這種超光滑涂層可應(yīng)用于任何硬質(zhì)合金或高速鋼鉆頭上逾冬，從而顯著增強(qiáng)了鉆頭的耐磨性和剪切強(qiáng)度黍聂，并有利于提高鉆頭的排屑性能。

　　在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察硬質(zhì)合金基體上Balinit Alcorna涂層的剖面微觀結(jié)構(gòu)時(shí)身腻，可以清楚地看到厚度為3～4μm产还，呈連續(xù)結(jié)構(gòu)的單層涂層；而在Balinit Helica涂層的SEM圖像中，多層涂層結(jié)構(gòu)清晰可辨脐区。Helica多層涂層的總厚度約為4μm愈诚，但對(duì)于直徑小于1/8″的小鉆頭，涂層厚度以1～2μm更為適宜牛隅。

　　雖然100％的Al2O3（純氧化鋁）PVD涂層可為切削刀具提供最佳的熱防護(hù)作用（在切削加工時(shí)炕柔，AlTiN和AlCrN涂層中的AlN成分將“轉(zhuǎn)化”為Al2O3），但是這種涂層的應(yīng)用范圍十分有限媒佣。雖然PVD Al2O3涂層技術(shù)已經(jīng)獲得了專利触法，且已能在使用交流電源（或脈沖直流電源）的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型反應(yīng)爐上對(duì)刀具進(jìn)行Al2O3 PVD涂層，但目前在商業(yè)化規(guī)模的大型反應(yīng)爐上實(shí)現(xiàn)Al2O3 PVD涂層仍然存在不少問(wèn)題据伏。這是因?yàn)锳l2O3與其它可導(dǎo)電涂層材料不同展稼，它是一種絕緣體。因此骏庙，采用等離子沉積原理的PVD涂層工藝在涂層沉積過(guò)程中需要外加偏置電壓俩堡，即在被涂刀具與等離子靶源之間必須存在一定的電勢(shì)差±泵蓿總之氏诽，氧化鋁的絕緣特性使PVD工藝相當(dāng)難于控制，此外狰赘，PVD Al2O3涂層的經(jīng)濟(jì)性也較差壳凳。

　　由于受到涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的限制，AlTiN涂層中的鋁含量實(shí)際已達(dá)到最大值（約65％）淡榕。在TiN基涂層中迂腔，鋁含量過(guò)高會(huì)引起涂層晶體結(jié)構(gòu)由立方晶格轉(zhuǎn)化為六方晶格钟牛；而在CrN基涂層中允悦，鋁含量可以進(jìn)一步提高而不會(huì)引起AlCrN涂層的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

　　與其它涂層一樣虑啤，AlCrN涂層的抗變形能力也取決于涂層材料的晶格形狀隙弛。具有立方晶格的涂層能夠保持很高的紅硬性，即當(dāng)涂層暴露于刀具/工件界面的切削高溫中時(shí)仍能保持其高硬度狞山。一旦涂層的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱骄Ц袢疲蜁?huì)因抗變形能力下降而使硬度降低。TiAlN涂層的硬度在約800℃時(shí)即大幅下降萍启，AlTiN涂層在溫度不到900℃時(shí)也會(huì)出現(xiàn)硬度降低的現(xiàn)象总珠；而AlCrN涂層在溫度達(dá)到1100℃時(shí)仍可保持其硬度。即使在1100℃的高溫下勘纯，AlCrN涂層也能保護(hù)刀具基體不發(fā)生氧化局服。Balzers公司AlCrN系列涂層在50g核定負(fù)荷下的硬度水平可達(dá)到2800～3200HV。

　　由于AlCrN涂層的高紅硬性使其在極高的熱負(fù)荷下仍可保持性能穩(wěn)定，因此AlCrN涂層刀具比其它類型涂層刀具的加工性能更為優(yōu)異淫奔，尤其在高速切削山涡、干式（或準(zhǔn)干式）切削加工條件下更具優(yōu)勢(shì)。例如斜擎，Balzers公司切削實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的切削試驗(yàn)證明爱饲，當(dāng)分別以200m/min和400m/min的切削速度對(duì)Ck45鋼工件進(jìn)行精銑加工時(shí)，AlCrN涂層銑刀的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于TiAlN涂層銑刀宿闯。不過(guò)也有例外乳嘁，在加工高硬度（≥54HRC）工件材料（如模具鋼）時(shí)，AlTiN涂層的性能要優(yōu)于AlCrN涂層（刀具壽命延長(zhǎng)20％～40％危厕，而刀具價(jià)格降低約25％）雀司。但在加工硬度較低（＜54HRC）的材料（如合金鋼、鑄鐵）以及粘性較大的材料（如低碳鋼背渤、不銹鋼）時(shí)奉念，AlCrN涂層的切削效能則明顯高于AlTiN涂層（在切削速度和進(jìn)給量相當(dāng)?shù)那闆r下，刀具壽命可提高25％～100％）熊骆。

　　此外鹿竭，AlCrN涂層也被推薦用于加工產(chǎn)生長(zhǎng)切屑的工件材料（如不銹鋼），這是因?yàn)殚L(zhǎng)切屑在成形時(shí)與刀具的前刀面有更多接觸纳倚，刀具與工件接觸程度的增加會(huì)產(chǎn)生大量切削熱胜溢。而AlCrN涂層的摩擦系數(shù)較小，可降低刀具與切屑之間的粘附性章母，起到減少切削熱的作用母蛛。
 
　　此外，與TiN基涂層相比乳怎，AlCrN涂層在加工時(shí)可導(dǎo)致刀具磨損和切屑成形方式的改變彩郊，即AlCrN涂層刀具的后刀面磨損（VB）明顯小于TiAlN涂層刀具，且磨損槽的寬度（KB）也較小蚪缀，但磨損槽的深度（KT）卻有所增大秫逝。發(fā)生這種變化的原因是由于用AlCrN涂層刀具切出的切屑卷得更緊，因此減少了與刀具前刀面的接觸長(zhǎng)度询枚；此外违帆，AlCrN涂層的高耐磨性和高紅硬性能夠減輕刀具后刀面和前刀面的磨損程度；最后金蜀，作用于刀具上的切削力更為局部化且更靠近切削刃刷后。

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