刀具是機械制造中用于切削加工的工具线梗，又稱切削工具羽资。廣義的切削工具既包括刀具汁胆，還包括磨具梭姓。絕大多數(shù)的刀具是機用的，但也有手用的撰类。由于

　　刀具的發(fā)展在人類進步的歷史上占有重要的地位拼建。中國早在公元前28～前20世紀是菇，就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆份肠、刀等銅質刀具枣肚。戰(zhàn)國后期(公元前三世紀)，由于掌握了滲碳技術僧少，制成了銅質刀具丐鸽。當時的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處供撵。

　　然而郊男，刀具的快速發(fā)展是在18世紀后期，伴隨蒸汽機等機器的發(fā)展而來的蔗括。1783年孵堪，法國的勒內首先制出銑刀。1792年虽风，英國的莫茲利制出絲錐和板牙棒口。有關麻花鉆的發(fā)明最早的文獻記載是在1822年，但直到1864年才作為商品生產(chǎn)辜膝。

　　那時的刀具是用整體高碳工具鋼制造的无牵，許用的切削速度約為5米/分漾肮。1868年，英國的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼茎毁。1898年克懊，美國的泰勒和.懷特發(fā)明高速鋼。1923年七蜘，德國的施勒特爾發(fā)明硬質合金谭溉。

　　在采用合金工具鋼時，刀具的切削速度提高到約8米/分橡卤，采用高速鋼時夜只，又提高兩倍以上，到采用硬質合金時蒜魄，又比用高速鋼提高兩倍以上扔亥，切削加工出的工件表面質量和尺寸精度也大大提高。

　　由于高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴盯辅，刀具出現(xiàn)焊接和機械夾固式結構摹跑。1949～1950年間,美國開始在車刀上采用可轉位刀片，不久即應用在銑刀和其他刀具上趴鹰。1938年胚砰，德國德古薩公司取得關于陶瓷刀具的專利。1972年纠沉，美國通用電氣公司生產(chǎn)了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片敬魏。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。

　　1969年岔雾，瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法底盅，生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質合金刀片的專利。1972年黑乞，美國的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法揉贡，在硬質合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。表面涂層方法把基體材料的高強度和韌性拟祖，與表層的高硬度和耐磨性結合起來拣挪，從而使這種復合材料具有更好的切削性能。

　　在切削加工中俱诸，刀具性能對切削加工的效率菠劝、精度、表面質量有著決定性的影響睁搭。刀具性能的兩個關鍵指標——硬度和強度(韌性)之間似乎總是存在著矛盾赶诊，硬度高的材料往往強度和韌性低，而要提高韌性往往是以硬度的下降為代價的介袜。在較軟的刀具基體上涂覆一層或多層硬度高甫何、耐磨性好的金屬或非金屬化合物薄膜(如TiC出吹、TiN遇伞、Al2O3等)組成的涂層刀具令杈，較好的解決了刀具存在的強度和韌性之間的矛盾画了，是切削刀具發(fā)展的一次革命。

　　涂層刀具是近20年來發(fā)展最快的新型刀具。目前工業(yè)發(fā)達國家涂層刀具已占80%以上谨寂，CNC機床上所用的切削刀具90%以上是涂層刀具。

　　1涂層刀具止既、涂層材料及涂層方法

　　1)涂層刀具的特點

　　涂層刀具結合了基體高強度症旭、高韌性和涂層高硬度、高耐磨性的優(yōu)點烤酌，提高了刀具的耐磨性而不降低其韌性吻霎。涂層刀具通用性廣，加工范圍顯著擴大惫康，使用涂層刀具可以獲得明顯的經(jīng)濟效益睹梢。一種涂層刀具可以代替數(shù)種非涂層刀具使用，因而可以大大減少刀具的品種和庫存量赢瘦，簡化刀具管理九窿，降低刀具和設備成本。但是刀具在現(xiàn)有的涂層工藝進行涂層后汇泰，因基體材料和涂層材料性質差別較大坦膘，涂層殘留內應力大，涂層和基體之間的界面結合強度低柄立，涂層易剝落承跟，而且涂層過程中還造成基體強度下降、涂層刀片重磨性差绊寻、涂層設備復雜霎肯、昂貴、工藝要求高榛斯、涂層時間長观游、刀具成本上升等缺點。

　　2)常用的涂層材料及性質

　　·常用的涂層材料

　　常用的涂層材料有碳化物驮俗、氮化物懂缕、碳氮化物、氧化物王凑、硼化物搪柑、硅化物、金剛石及復合涂層八大類數(shù)十個品種索烹。根據(jù)化學鍵的特征工碾，可將這些涂層材料分成金屬鍵型弱睦、共價鍵型和離子鍵型。

　　·涂層材料的性質

　　金屬鍵型涂層材料(如TiB2渊额、TiC况木、TiN、VC驶滚、WC等)熔點高靡勾、脆性低、界面結合強度高换秧、交互作用趨勢強悦级、多層匹配性好，具有良好的綜合性能辫航，是最普通的涂層材料斑渠。共價鍵型涂層材料(如B4C、SiC漓惕、BN榕诬、金剛石等)硬度高、熱脹系數(shù)低官孝、與基體界面結合強度差努禽、穩(wěn)定性和多層匹配性差。而離子鍵型材料化學穩(wěn)定性好门俏、脆性大丸匀、熱脹系數(shù)大、熔點較低危融、硬度不太高畏铆。

　　在這些涂層材料中，用的最多的是TiC吉殃、TiN辞居、Al2O3、金剛石以及復合涂層蛋勺。

　　TiC耐磨性好瓦灶，能有效地提高刀具的抗月牙洼磨損能力，適合于低速切削及磨損嚴重的場合抱完；TiN涂層具有低的摩擦系數(shù)贼陶，潤滑性能好，能減少切削熱和切削力巧娱，適合于產(chǎn)生融合和磨損的切削碉怔；Al2O3的高溫耐磨性、耐熱性和抗氧化能力比TiC和TiN好禁添，月牙洼磨損率低撮胧，適合于高速庸伏、大切削熱切削；金剛石涂層硬度和熱導性高围娃，摩擦系數(shù)很低技乡，適合于有色金屬合金的高速切削；而復合涂層綜合幾種涂層材料的特點桅蕊，目前以雙涂層和三涂層組合居多聚灸。

　　3)常用涂層方法

　　目前常用的涂層方法是CVD(化學氣相沉積法)和PVD(物理氣相沉積法)娇皇，其它方法如等離子噴涂阅牛、火焰噴涂、電鍍呛仁、溶鹽電解等還存在較大的應用局限性秫痪。

　　CVD法是利用金屬鹵化物的蒸氣、氫氣和其它化學成分捅没，在950～1050℃的高溫下叭舰，進行分解、熱合等氣舀黄、固反應忱当，或利用化學傳輸作用，在加熱基體表面形成固態(tài)沉積層的一種方法治专。CVD法工藝要求高卖陵，而且由于氯的侵蝕及氫脆變形可能導致涂層易碎裂、基體斷面強度下降张峰，涂層硬質合金時還易產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象而形成n相泪蔫。近年來，中喘批、低溫CVD法和PCVD法開發(fā)成功撩荣，改善了原有CVD工藝。

　　PVD法起步晚饶深、發(fā)展快餐曹、溫度低(約300～500℃)，優(yōu)點很多敌厘，但涂層的均勻性不如CVD法台猴，涂層與基體結合不太牢固，涂層硬度比較低额湘，涂層優(yōu)越性未得到充分體現(xiàn)卿吐。PVD法工藝要求比CVD法高，設備更復雜忘哼，涂層循環(huán)周期長疏悯。目前常用的PVD方法有低壓電子束蒸發(fā)(LVEE)法灸尾、陰極電子弧沉積法(CAD)、三極管高壓電子束蒸發(fā)法(THVEE)歉冷、非平衡磁控濺射法(UMS)汗势、離子束協(xié)助沉積法(IAD)和動力學離子束混合法(DIM)，其主要差別在于沉積材料的氣化方法以及產(chǎn)生等離子體的方法不同而使得成膜速度和膜層質量存在差異乳后。

　　2涂層刀具的發(fā)展方向

　　1)新型的涂層材料

　　刀具涂層材料出現(xiàn)了很多新種類：TiCN基新涂層兼有TiC和TiN涂層良好的韌性和硬度锁熟，比常用的TiN刀具耐用度高2～4倍。此外确奄，以TiCN為基的多元成分新涂層材料如(Ti麸媒，Zr)CN、( Ti闪铸，Al)CN胚览、(Ti，Si)CN等紛紛出現(xiàn)需五。AlON涂層刀具產(chǎn)生的月牙洼磨損極小鹉动。TiAlN有很高的高溫硬度和優(yōu)良的抗氧化能力，涂層硬度高宏邮，抗氧化性能好泽示，切削性能優(yōu)于TiN涂層，用于加工航天合金材料時的刀具壽命可提高1～4倍蜜氨。CrC和CrN涂層是無鈦涂層械筛，可有效地切削鈦和鈦合金以及鋁合金等其它軟材料。另外记劝，Hf变姨、Zr、Ta的碳化物與氮化物厌丑，Hf定欧、Zr、Ti怒竿、N砍鸠、Ta的硼化物，Hf耕驰、Zr京佃、Ti、Be的氧化物等涂層材料均成功采用言丧。

　　值得一提的是美國Multi-Scientific Coating公司的類金剛石的碳涂層崔狂，使用熱陰極蒸發(fā)技術把碳沉積到刀具表面后，類金剛石碳涂層和基體結合良好，有很多金剛石相似的性能茶链，有高的耐磨性和低的摩擦系數(shù)臊瞬。其它ZrN，TiZrN類金剛石膜涂層(DLC)的應用范圍也不斷拓展颓之，主要用于加工有色合金银景。

　　氮化鋁鈦涂層也由原先常使用的Ti0.75Al0.25N轉化為優(yōu)先使用Ti0.5Al0.5N，Ti0.5Al0.5N涂層抗氧化溫度為700℃鹤梳，在空氣中加熱會在表面產(chǎn)生一層非晶態(tài)Al2O3薄膜诽粪，可以對涂層起保護作用。

　　日本不二越公司開發(fā)出一種稱為SG的新型涂層岁九，它由TiN君铁、TiCN及Ti系膜三層組成，耐磨性優(yōu)于TiN涂層攻柠，且涂層與基體的結合強度高球订，表層為Ti系特殊膜層后裸，具有極好的耐熱性瑰钮。

　　瑞士還開發(fā)出一種稱為“MOVIC”軟涂層的新工藝，即在刀具表面涂復一層固體潤滑膜二硫化鉬微驶，刀具切削壽命數(shù)倍增加浪谴，且能獲得優(yōu)良的加工表面。其它硫族元素如WS2等軟涂層也取得了一定進展因苹。這些軟涂層在加工高強度鋁合金和貴重金屬方面有良好的應用前景苟耻。

　　近年來，高硬度的涂層開始出現(xiàn)扶檐。包括立方氮化硼(CBN)涂層凶杖、氮化碳(CNX)、多晶氮化物超點陣涂層等款筑。CBN涂層硬度達5200kgf/mm2智蝠，僅次于金剛石，可有效的切削淬火鋼和其它難加工合金浩出。如果氮化碳(CNX)涂層能夠形成b-C3N4铭梯，理論上可以計算出其硬度將超過金剛石。已經(jīng)有氮化碳合成的報道扶蜻。多晶氮化物超點陣涂層是一種很有希望的新型刀具涂層巷同，多晶TiN/NbN和TiN/VN超點陣涂層的硬度分別為5200kgf/mm2和5600kgf/mm2，超點陣涂層由于層內或層間位錯困難導致其硬度很高搔绿。

　　2)的涂層工藝方法

　　隨著涂層技術的發(fā)展豁箱，出現(xiàn)了綜合PVD和CVD的PACVD法，另外，還有離子束濺射方法归闺，中能離子束輔助沉積技術(IBAD)也可用于涂層煞肠，離子束輔助沉積兼有氣相沉積與離子注入的優(yōu)點。等離子輔助化學氣相沉積(PCVD)利用等離子體來促進化學反應版幕，可使沉積溫度降低到200～500℃乏束。Sol-Gel法由于其自身的優(yōu)點也越來越受到人們的重視。

　　MT-CVD(中溫化學氣相沉積)則在一定程度上克服了一般HD-CVD(高溫化學氣相沉積)的缺點衔甲，其沉積溫度低(700～900℃)糖埋，沉積速度快，涂層厚窃这，工藝環(huán)鍍性好瞳别，對于形體復雜的工件涂層均勻，而且涂層附著力高杭攻，涂層內部殘余應力小祟敛，是一種優(yōu)于HT-CVD的涂層工藝方法。

　　涂層所用的基體范圍也在擴大兆解，包括高速鋼馆铁、硬質合金和陶瓷都可以進行涂層。近幾年來陶瓷涂層硬質合金刀具發(fā)展迅速锅睛，特別是Al2O3陶瓷由于其高化學穩(wěn)定性和耐氧化性特別適用于高速切削埠巨，在陶瓷涂層中所占比例較大。

　　雖然刀具涂層工藝上獲得了長足的發(fā)展现拒，特別是梯度涂層工藝辣垒，但總體說來涂層技術有待進一步提高。

　　3結論

　　涂層刀具較好的解決了刀具強度和韌性之間的矛盾印蔬，大大提高了刀具的耐用度和切削速度勋桶。但存在涂層易剝落，工藝復雜昂貴等缺點铅州。刀具涂層材料中用的最多的是TiC牛跷、TiN、Al2O3旱已、金剛石以及復合涂層肌蛮。常用涂層方法是CVD法和PVD法。

　　新型的涂層材料和新的涂層工藝方法不斷出現(xiàn)殿漆，特別是新型高硬涂層以及軟涂層材料將會使涂層刀具的應用將越來越廣忍猛。

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