中國(guó)的刀具涂層技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚有很大差距没讲，涂層刀具的數(shù)量也差得很遠(yuǎn)眯娱，大致只占全部刀具的20%。其中數(shù)控機(jī)床和加工中心上使用得多一些爬凑，在普通的非數(shù)控機(jī)床上則少得可憐徙缴，原因是認(rèn)識(shí)問題和價(jià)格等因素。我們應(yīng)該努力提高刀具涂層技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的水平嘁信，大力推廣應(yīng)用涂層刀具于样，促進(jìn)切削加工和機(jī)械制造水平的提高。

    近30余年來(lái)潘靖，刀具涂層技術(shù)迅速發(fā)展穿剖，涂層刀具得到了廣泛應(yīng)用。1969年德國(guó)克虜伯（Krupp）公司和瑞典山特維克（Sandvik）公司研發(fā)成功了化學(xué)氣相沉積（CVD）涂層技術(shù)泛汁，并向市場(chǎng)推出了CVDTiC涂層硬質(zhì)合金刀片產(chǎn)品刽巍。20世紀(jì)70年代初，美國(guó)本夏（(暫不可見)shan）和拉格胡南（A.Raghuran）研發(fā)了物理氣相沉積（PVD）工藝寿经，并于1981年將PVDTiN高速鋼刀具產(chǎn)品推向市場(chǎng)鹦堕。當(dāng)時(shí)CVD涂層工藝溫度約1000℃，主要用于硬質(zhì)合金刀具（刀片）的表面涂層贱避；PVD涂層工藝溫度為500℃和500℃以下啡洁，主要用于高速鋼刀具的表面涂層。

    后來(lái)疙汁，CVD和PVD涂層技術(shù)不斷迅速發(fā)展蕊肖，在涂層材料、涂層設(shè)備和工藝等方面都有了很大進(jìn)步语哺，而且發(fā)展了多層材料的涂覆技術(shù)逐豆，使涂層刀具（刀片）的使用性能有了很大的提高刑炎。PVD涂層技術(shù)過(guò)去主要用于高速鋼刀具，而近年來(lái)隨著PVD涂層技術(shù)飛躍發(fā)展范颠，也成功用于硬質(zhì)合金刀具（刀片）浦译，占領(lǐng)了硬質(zhì)合金涂層刀具（刀片）的一半陣地】罚現(xiàn)在这旋，涂層高速鋼刀具和涂層硬質(zhì)合金刀具（刀片）廣泛應(yīng)用，已占全部刀具使用總量的50%以上奇适。

涂層刀具的優(yōu)越性

    在韌性較好的刀具（刀片）基體上進(jìn)行表面涂層谜酒，涂覆具有高硬度叹俏、高耐磨性、耐高溫材料的薄層（如TiN僻族、TiC等）粘驰，使刀具（刀片）具有全面、良好的綜合性能述么。未涂層高速鋼的硬度僅為62~68HRC（760~960HV）蝌数，硬質(zhì)合金的硬度僅為89~93.5HRA（1300~1850HV）；而涂層后的表面硬度可達(dá)2000~3000HV以上度秘。

①由于表面涂層材料具有很高的硬度和耐磨性顶伞，且耐高溫。故與未涂層的刀具（刀片）相比剑梳，涂層刀具允許采用較高的切削速度枝哄，從而提高了切削加工效率；或能在相同的切削速度下絮增，提高刀具壽命。

②由于涂層材料與被加工材料之間的摩擦系數(shù)較小舀闻，故涂層刀具（刀片）的切削力小于未涂層刀具（刀片）菜缭。

③用涂層刀具（刀片）加工，零件的已加工表面質(zhì)量較好手霎。

④由于涂層刀具（刀片）的綜合性能良好宪郑，故涂層硬質(zhì)合金刀片有較好的通用性，一種涂層硬質(zhì)合金牌號(hào)的刀片具有較寬的使用范圍杖进。

刀具涂層技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步

    筆者多次參觀了國(guó)際機(jī)床工具展覽會(huì)袁垄，收集到很多資料，并聽取了各大工具公司的技術(shù)報(bào)告隧庐，從而了解到刀具產(chǎn)品表面涂層技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步鼓临。

CVD涂層技術(shù)的進(jìn)展

    過(guò)去，硬質(zhì)合金刀具表面涂層采用高溫化學(xué)氣相沉積（HTCVD）工藝士袜。在常壓或負(fù)壓的沉積系統(tǒng)中角黍，將純凈的H2电爹、CH4、N2料睛、TiCl4丐箩、AlCl3、CO2等氣體根據(jù)沉積物的成分恤煞，按一定配比均勻混和屎勘，依次涂到具備一定溫度（一般為1000~1050℃）的硬質(zhì)合金刀片表面，即在刀片表面沉積TiC居扒、TiN概漱、TiCN、Al2O3或者它們的復(fù)合涂層苔货。直到現(xiàn)在犀概，HTCVD仍是使用最多的工藝方法，除HTCVD外夜惭，還有等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD）工藝姻灶，它是在硬質(zhì)合金刀具（刀片）表面涂層的另一種方法，因這種涂層工藝溫度較低（700~800℃）诈茧，故刀片的抗彎強(qiáng)度降低铡畜。因?yàn)門iC與基體材料的線膨脹系數(shù)最接近，通常用TiC薄層先涂在基體表面上粗线，外面再涂TiN那梭、Al2O3，如TiC/TiN蚂霎、TiC/Al2O3竣恃、TiC/TiCN/TiN等。

    后來(lái)贷挠，發(fā)展了各種不同組合的多層涂層筝驱。筆者在多次展覽會(huì)上調(diào)查和統(tǒng)計(jì)了瑞典、德國(guó)春环、美國(guó)耽炎、日本、韓國(guó)沟密、以色列和中國(guó)各公司的CVD涂層硬質(zhì)合金刀片產(chǎn)品贱着，涂層材料有以下組合：TiCN/Al2O3、TiCN/TiC/TiN痹换、TiCN/TiC/Al2O3征字、TiCN/Al2O3/TiN、TiCN/TiC/Al2O3/TiN娇豫、TiCN/Al2O3/TiCN柔纵、TiN,TiC/TiCN/TiN缔杉、TiN/TiCN/TiN等「榱希可以看出或详，近年多用TiCN或TiN作底層，這是因?yàn)榛w硬質(zhì)合金有了改進(jìn)郭计，例如采用了梯度結(jié)構(gòu)霸琴，才有可能用TiCN或TiN墊底。此外昭伸，TiN涂層不宜單獨(dú)使用梧乘，因?yàn)榕c硬質(zhì)合金相比，TiN的硬度提高不多庐杨，TiN必須與TiC选调、TiCN、Al2O3等組合使用律愉。

PVD涂層技術(shù)的進(jìn)展

    早期臭呀，PVD涂層均采用“真空蒸鍍法”，膜層往往不均勻俘巡，與基體的結(jié)合不夠牢固聊树，后發(fā)展了“真空磁控濺射法”和“真空等離子鍍工藝”，效果很好”渑祝現(xiàn)在刀具表面涂層主要用后兩種方法峦筏。

    早年，PVD涂層只用于高速鋼刀具涡拾，涂層材料幾乎只用TiN一種蒂鹏。后來(lái)，改進(jìn)了涂層工藝胆褪，發(fā)展了多種涂層材料和多層涂層沦恩，在硬質(zhì)合金刀具上也得到了大量的應(yīng)用。涂層效果比以往大有進(jìn)步拌喳。TiN涂層材料仍在使用，新興的涂層材料是TiAlN和AlTiN饺饭，其使用效果優(yōu)于TiN渤早。

    歐洲的PVD涂層技術(shù)水平最高，領(lǐng)先于其他國(guó)家和地區(qū)瘫俊。知名的廠商有歐瑞康巴爾查斯（OerlkonBalzers）公司鹊杖、德國(guó)PVT等離子真空技術(shù)公司和丹麥尤尼莫克（Unimerco）公司等。他們的PVD涂層設(shè)備和工藝先進(jìn)扛芽，涂層材料品種多骂蓖，涂層刀具和其他產(chǎn)品使用性能好积瞒。

    國(guó)外一些知名的高速鋼和硬質(zhì)合金工具廠，都有涂層刀具（刀片）產(chǎn)品登下，但涂層設(shè)備和工藝多購(gòu)自涂層技術(shù)的專業(yè)公司茫孔，或與之合作，而不是自行研制被芳。據(jù)悉缰贝，瑞典山特維克公司和以色列伊斯卡公司的PVD涂層設(shè)備都是從歐瑞康巴爾查斯公司購(gòu)進(jìn)的。中國(guó)也應(yīng)當(dāng)這樣做畔濒，這是一條既好又快的道路剩晴。例如，中國(guó)哈爾濱第一工具廠和德國(guó)PVT公司合作恬皆，成立了哈一工普威特鍍膜合資股份公司砰声。歐瑞康巴爾查斯公司在全球設(shè)有77個(gè)涂層中心，在中國(guó)蘇州众附、天津和漢江各設(shè)有一個(gè)中心沉南，中國(guó)鄰近城市和地區(qū)的工具廠家，其涂層產(chǎn)品多在上述中心進(jìn)行涂層拇从。湖南株洲硬質(zhì)合金廠和四川自貢長(zhǎng)城硬質(zhì)合金廠的涂層設(shè)備都是從國(guó)外引進(jìn)的搬挡。

CVD涂層新技術(shù)在超硬材料涂層方面的應(yīng)用

    利用“熱絲CVD法”、“等離子體噴射CVD法”赠恭、“火焰燃燒法”等工藝能在硬質(zhì)合金或高速鋼刀具表面沉積金剛石薄膜（10μm）术拇。CVD金剛石膜的力學(xué)、物理性能介于天然金剛石和熱壓聚晶PCD金剛石之間棱歹，能夠有效地加工有色金屬祠烁。

    如增加沉積時(shí)間，可在基體或襯底（一般用硅片）上沉積出厚度大于0.5mm的厚膜馁梁。將厚膜從基體上剝離饰吕，并切割成一定形狀的小塊，再將小塊釬焊在基體刀片（一般為硬質(zhì)合金刀具）上使用隔心。CVD厚膜金剛石刀具應(yīng)用范圍大于薄膜涂層刀具白群。在CIMT2007上，很多國(guó)內(nèi)外刀具公司都有CVD薄膜金剛石涂層刀具產(chǎn)品硬霍，但只有少數(shù)廠家有厚膜產(chǎn)品帜慢。北京東方天地超硬材料工具公司能生產(chǎn)金剛石厚膜刀具產(chǎn)品，并且已有多年的經(jīng)驗(yàn)唯卖。厚膜刀具應(yīng)用范圍較廣粱玲，能加工各種有色金屬、非金屬硬材料及顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料等拜轨。

PVD涂層新技術(shù)在超硬材料涂層方面的應(yīng)用

    武漢大學(xué)物理系用直流反應(yīng)磁控濺射法在刀具表面沉積出氮化碳（CxNy）超硬涂層薄膜抽减，厚度只有幾個(gè)微米允青，硬度可達(dá)40~50GPa。CxNy涂層刀具能切削黑色和有色金屬卵沉。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

    筆者對(duì)涂層高速鋼和硬質(zhì)合金刀具（刀片）的切削性能進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究颠锉，進(jìn)行了很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)。茲介紹部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

①在相同的切削條件下偎箫，涂層刀具刀片的使用壽命比未涂層刀具（刀片）提高3~5倍姚熊。在相同的切削條件下，相同刀具壽命時(shí)莱检，涂層刀具的切削速度比未涂層刀具提高20~30%红最。

②在相同的切削條件下，涂層刀具（刀片）的切削力小于未涂層者斗赘。筆者用涂覆TiC硬質(zhì)合金刀片車削鋼材與未涂層刀片對(duì)比拟艳，主切削力Fc可減小3%~4%，TiN或TiC/TiN涂層刀片的Fc約可減小6%砍梁，進(jìn)給力Ff與切深力Fp的減小尤為顯著悦浙。Al2O3涂層刀片與切削力的減小效果與TiN涂層刀片接近。

③筆者曾用CVD涂層金剛石厚膜刀具嗤雪，加工過(guò)硅鋁合金挟七、各種硬鋁、鉛黃銅妥析、無(wú)氧銅相贺、碘化鈦以及纖維增強(qiáng)和顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料等，均取得較好效果省咨。但用作超精密切削的刀具肃弟，其效果不如天然金剛石刀具。

④筆者曾用CxNy涂層高速鋼鉆頭在高強(qiáng)度鋼上鉆孔零蓉，與未涂層鉆頭相比笤受，涂層鉆頭的使用壽命提高7~9倍。在其他高速鋼刀具上涂覆CxNy敌蜂，亦有顯著效果箩兽。又曾在硬質(zhì)合金刀片上涂覆CxNy，用以車削鋼料章喉，效果尚不夠理想汗贫，其使用壽命不超過(guò)普通TiC涂層硬質(zhì)合金刀片。

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