涂層刀具已經(jīng)擁有40多年的歷史常彰，但直到20世紀70年代臭蚁，陶瓷CVD涂層刀具才出現(xiàn)在模具制造中邮偎。TiN瞧捌、TiCN和Al2O3涂層材料則以令人驚嘆的速度占領(lǐng)了市場棵里。隨著Multilayer和PVD涂層的問世，使得可以切削加工的金屬材料又有了新的增加姐呐。其結(jié)果是刀具生產(chǎn)廠家?guī)缀醪惶峁]有涂層的刀具殿怜。今天，幾乎90%以上的刀具都帶有涂層曙砂。

　　凡是涉及到新的刀具涂層材料的研發(fā)時头谜，總是少不了歐洲刀具生產(chǎn)廠商和涂層專業(yè)廠商的身影。在眾多的歐洲刀具生產(chǎn)企業(yè)中鸠澈，瓦爾特刀具(WalterTools)公司自2001年推出稱為Tigertec刀具涂層技術(shù)之后就一直處于市場的領(lǐng)先地位柱告。在成功推出Tiger刀具涂層材料之后，Tiger涂層材料的品種也越來越多颖助，也出現(xiàn)了新的Al2O3涂層材料旋囤。如果人們對這個領(lǐng)域極高的創(chuàng)新速度略加關(guān)注的話别印，必定會對此感到驚訝。

　　可選涂層材料有限

　　適合作為強力切削刀具的涂層材料和化合物的選擇范圍是十分有限的巴移。這些材料應(yīng)該滿足的基本前提條件是：很高的熱硬性您窒、耐磨損、導(dǎo)熱率低瞭驴、附著力強翻萨，以及很高的耐擴散和耐氧化性能。

　　總的來講退钱，只有少數(shù)幾種化合物可生成碳化物俄蔗、硼化物、氮氧化物或它們的混合物欠诊。在很多情況下蛀漆，Al2O3結(jié)晶是非常理想的刀具涂層材料。Al2O3之所以能夠成為一種理想的刀具涂層材料臣疑，不僅是因為它在20℃時擁有高達HV 2600的硬度盔憨，而且還因為它在800℃的高溫時始終保持HV 900～1200的硬度。既有很高的熱硬性讯沈，也有著很高的化學(xué)穩(wěn)定性郁岩。

　　但是，Al2O3的強大功能只有與MT-TiCN(MT：中等溫度)硬質(zhì)合金一起使用時才能發(fā)揮作用缺狠。這對于避免刀具后刀面的磨損是非常必要的问慎。而最終對刀具的保護如何，還要看起決定性作用的TiCN涂層的微觀結(jié)構(gòu)挤茄。在涂層的生產(chǎn)制造過程中獲得的是TiCN硬質(zhì)合金典型的柱狀細晶結(jié)構(gòu)晶粒時如叼，則能夠非常明顯的改善涂層材料的抗剝離強度。

　　Al2O3還有另一個重要特點穷劈，它的導(dǎo)熱性能很差笼恰。也就是說，在切削過程中涂層基體材料受到了很好的隔熱保護歇终。這不僅在連續(xù)的螺旋切屑中挖腰，而且在斷續(xù)的崩碎切屑中都具有非常重要的決定性意義。在螺旋切屑中练湿，它能提高抵抗彈性變形的阻力；在崩碎的切屑中荡西，它能減小硬質(zhì)合金基體的溫度波動谴疾。從而提高了切削工藝過程的可靠性。

　　具有決定性作用的連接層

　　原則上舵翘，α昭怕、κ和γ相的Al2O3晶體都可以用作涂層材料袱族，并根據(jù)其不同的特性滿足不同應(yīng)用的需要。在最常用的CVD領(lǐng)域中使用的是α相Al2O3涂層材料裙都。在這里α相Al2O3有著最佳的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性渔舵。

　　為了能夠充分發(fā)揮Al2O3的優(yōu)勢，涂層必須在TiCN硬質(zhì)合金基體上有足夠的附著能力咽皮。而這強有力的附著性能是由連接層來實現(xiàn)的劈遂，是依靠它與Al2O3涂層機械性的咬合在一起來實現(xiàn)的。然而痒渊，這種連接層還有另外一個重要的任務(wù)疮炼，除了負責連接硬質(zhì)合金基體與涂層之外，還負責涂層晶體的變化和結(jié)構(gòu)紋理的形成蝇裤，即負責結(jié)晶幾何形狀的形成廷支。

　　為了生成純α相的Al2O3晶體，必須要有一個同構(gòu)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)栓辜。準確的說恋拍，連接層應(yīng)有一個類似α-Al2O3的結(jié)構(gòu)。因此藕甩，一般情況下在高溫的CVD領(lǐng)域中用TiO作為連接層材料施敢。而在瓦爾特公司里，他們則是用TiCN和Al2O3材料的混合體來制造連接層的辛萍。這種連接層材料解決方案的優(yōu)點在于悯姊，能夠得到非常純的α相的Al2O3晶體，以及非常高的001晶體結(jié)構(gòu)贩毕。

　　為什么這種連接層起著決定性的作用呢悯许？這是一個很難回答的問題。導(dǎo)熱性能和硬度在結(jié)晶體中呈現(xiàn)出與晶格有關(guān)的方向性辉阶，在所謂的001優(yōu)先方向有著最大的數(shù)值先壕。從而可以在具體的使用情況下，如在鋼材的高速切削時使刀具的耐用度提高30%退旅。

　　而被稱為Tiger刀具涂層材料恰恰在這點上獲得了成功熊赦。一種特殊的晶格結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)保障了極精確的檢測結(jié)果，而且提供了進一步改進提高和優(yōu)化的可能性呕长。當其他檢測技術(shù)還只能進行涂層材料晶體的一維檢測時疆逸，瓦爾特公司研發(fā)成功的檢測技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)w進行3D檢測了，而且還能得到非常精確的檢測結(jié)果悯堂。而這種檢測技術(shù)是精確調(diào)整晶體結(jié)構(gòu)的先決條件巢段。

　　除了前面提到的優(yōu)點之外，CVD方法還有一個非常嚴重的缺點矗壹。由于很高的切削溫度(800~1050℃)會導(dǎo)致硬質(zhì)合金基體的韌性下降疯忽，以及在涂層內(nèi)部產(chǎn)生可在刀具材料中產(chǎn)生裂紋的拉伸應(yīng)力痪猿。而被稱為Tiger涂層材料則很好的克服了這些缺點，原來為鑄鐵加工而研發(fā)的TiN涂層技術(shù)的摩擦學(xué)缺點交掌，在切削鋼材的刀具前刀面中“消失”的無影無蹤续残。由于在刀具的后刀面中含有TiN，因此可以看到有磨損的痕跡荧孽。而這一過程也得到了另一個有用的好處鸵赫。

　　在向表面涂層材料施加了機械能后，除了能提高涂層的表面硬度外爆捞，還可以將有害的拉伸內(nèi)應(yīng)力轉(zhuǎn)換成為壓縮內(nèi)應(yīng)力奉瘤，得到的結(jié)果是韌性的大幅度提高。這樣煮甥，提高涂層材料高溫耐磨性的措施(如使用含鈷量較低的硬質(zhì)合金基體盗温，減小涂層厚度等)與損失韌性、降低生產(chǎn)過程可靠性的技術(shù)措施都可以省略成肘。

　　噴丸處理提高可靠性

　　通過對被稱為Tiger刀具涂層的噴丸增強處理卖局，可以降低刀具涂層的韌性損失，提高刀具涂層工作的可靠性双霍。從而實現(xiàn)刀具涂層材料研發(fā)技術(shù)人員長期以來在CVD涂層應(yīng)用中的“夢想”——極好的耐磨損和韌性砚偶。這也使得Tiger刀具涂層材料可以作為一種適合于鑄鐵和鋼材切削用的涂層材料。

　　另外洒闸。在PVD涂層領(lǐng)域中同樣也有類似的成功創(chuàng)新染坯。PVD涂層的可換刀片以其很好的韌性而聞名于世，但長期以來一直沒有氧化涂層的品種丘逸。與CVD涂層刀具相比单鹿，其高溫耐磨性受到了限制。2005年跪倘，瓦爾特公司推出了PVD-Tiger系列產(chǎn)品楚辆。從而提供了在PVD涂層使用高切削速度和高韌性刀具的可能性。而且馏旅，在這一領(lǐng)域中使用的Al2O3層仍然是α相的甜序。雖然可以使用其他的連接層材料，但是一直沒有能夠投入到大批量的生產(chǎn)中构眶。有一點必須肯定的是驹拢，有目的的根據(jù)刀具的使用情況調(diào)整涂層的內(nèi)應(yīng)力，將會帶來具有決定性意義的好處希金，因為它使CVD涂層的應(yīng)用領(lǐng)域變得更加廣闊中痴。

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