各種新型刀具涂層正在不斷流行衩凤，其特點是針對特定加工需求壳猜，采用多層涂層和新的涂層材料虹曙，使加工性能最優(yōu)化谷誓。

　　位于紐約阿默斯特的表面工程涂層協(xié)會（SECA）主席、Teeter咨詢公司執(zhí)行董事Fred Teeter表示晃烟，“任何存在磨損的地方都可以考慮采用薄膜陶瓷涂層蕾崔。”盡管涂層在耐磨零件（如渦輪發(fā)動機零件）上的應(yīng)用在不斷增長翠柄，但涂層在切削刀具上的應(yīng)用仍然占了絕大部分氧蔼。涂層的確也證明了自身的價值，根據(jù)SECA的統(tǒng)計皿完，與非涂層刀具相比夫蚜，涂層刀具的壽命可以提高2－10倍。最高工作溫度和硬度不斷提高的新涂層還在不斷涌現(xiàn)狈馏，涂層的一些特定性能（如耐磨性功刽、韌性等）也在不斷改進。

　　幾十年前缘说，氮化鈦（TiN）涂層曾經(jīng)是薄膜涂層的首選显午，雖然這種大家熟悉的金黃色涂層如今還被經(jīng)常使用，但各種新型涂層早已層出不窮劣零。多層涂層的組合應(yīng)用可以實現(xiàn)性能的均衡化钟助，這是單層涂層難以做到的。隨著新型薄膜涂層的不斷涌現(xiàn)掏秩，現(xiàn)在或舞，許多工程師可能面臨的問題是可供選擇的涂層種類太多（而不是太少）。

　　加拿大Eifeler涂層服務(wù)公司總經(jīng)理Mahesh Sukumaran指出，“在過去5－10年里映凳，制備時間的縮短使涂層成本大幅降低胆筒。此外，使用多層涂層可以充分發(fā)揮不同涂層各自的優(yōu)勢魏宽，從而降低對潤滑劑的需求腐泻。”在評價刀具涂層的總體發(fā)展趨勢時队询，他解釋說派桩，目前仍有許多用戶向他咨詢TiN涂層的情況，他們不清楚現(xiàn)在已有許多新的涂層可供選擇蚌斩。Eifeler公司可以提供9種不同的PVD涂層產(chǎn)品（圖1）铆惑，其中既有標(biāo)準(zhǔn)的TiN涂層，也包括ZrN送膳、TiCN和AlTiSiN涂層员魏。Exxtral Plus是最受歡迎的涂層之一，這是一種由AlTiN＋AlTiCrN組成的多層涂層穆烹，適合用于硬質(zhì)合金立銑刀乌换，能以半干切削或干切削方式高速加工淬硬鋼。該涂層的耐熱閾值可達800℃败何，維氏硬度為HV3500±500取阳。Sukumaran指出，涂層技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)是提高某些涂層的粘附性能以及進一步減小涂層厚度诺骏。一般的涂層并不具有潤滑性灌罐，而我們的多層涂層集潤滑性與耐磨性于一身，可以減小刀具與工件之間的摩擦基恩，從而能減少或取消潤滑液的使用坡循，同時還能獲得更好的切屑流。

　　刀具涂層一個值得注意的發(fā)展趨勢是其應(yīng)用正變得日趨專用化斤杏。涂層和表面技術(shù)供應(yīng)商歐瑞康巴爾查斯（Oerlikon Balzers）公司經(jīng)理Christopher Halter也注意到了這一點肯拨。該公司目前可以提供24種不同的涂層產(chǎn)品，其中的Balinit Alcrona是一種AlCrN涂層腹呀，是該公司開發(fā)的最后一個通用型涂層牌號宫屠。Halter指出，多種新的專用型涂層（如用于銑削加工硬度超過HRC50的淬硬工具鋼的Balinit Aldura涂層）代表了未來的發(fā)展趨勢滑蚯。另一種AlCr基涂層Balinit Helica則是為麻花鉆專門設(shè)計的浪蹂。Balinit Aldura牌號是在起支承作用的TiAlN涂層上再沉積一層AlCrN基功能涂層。TiAlN層可以確保良好的粘附性和機械強度告材，而AlCrN層可以提供優(yōu)異的熱硬性和抗氧化性能（高達1100℃）坤次，并將刀具與切削熱隔離開來。

　　歐瑞康巴爾查斯公司已經(jīng)開發(fā)出一種將會引起刀具工程師極大興趣的涂層新技術(shù)——P3e（脈沖增強電子發(fā)射技術(shù)）。利用該技術(shù)缰猴，第一次可以用PVD工藝制備出具有高硬度以及良好熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的Al2O3基涂層产艾，由于沉積溫度低于600℃，采用細顆粒硬質(zhì)合金基體的刀具也能進行涂層且不會變形滑绒。P3e技術(shù)首次應(yīng)用于歐瑞康巴爾查斯公司的“X3turn”涂層牌號上闷堡，該涂層用于車削加工時獲得了很好的試驗結(jié)果。在干切削條件下疑故，X3turn的性能與常規(guī)的CVD涂層刀片牌號不相上下杠览。在斷續(xù)切削和使用冷卻液的加工中使用該涂層也可以獲得非常不錯的效果。現(xiàn)在昵乾，所有的細顆粒和超細顆粒硬質(zhì)合金基體都可以在低于600℃的沉積溫度下涂覆α-Al2O3基涂層牺缰，且沉積工藝的熱力學(xué)性能非常穩(wěn)定，不會使刀具發(fā)生變形歼取。Halter期望醋咒，新的P3e技術(shù)能開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，并提高使用車削和銑削刀片用戶的生產(chǎn)率踱措。

　　瑞士Platit公司是一家向刀具企業(yè)出售涂層設(shè)備的公司晦苞，在涂層技術(shù)方面積累了大量經(jīng)驗。Platit公司開發(fā)和生產(chǎn)的PVD涂層設(shè)備采用了多項專利技術(shù)毕嘹，不僅可進行常規(guī)涂層浊娄、納米涂層和梯度涂層，而且還可用于納米復(fù)合涂層讨绝。納米涂層實際上只是一種更薄的多層涂層，其每層的厚度還不到20nm再副，涂層的硬度取決于交替涂覆的涂層總厚度脸学，涂層的層數(shù)可達數(shù)百層。

　　納米復(fù)合涂層是由典型涂層（如TiAlN）嵌入Si3N4非晶態(tài)基體所構(gòu)成的躬拢，所形成的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)可以改善涂層的硬度和潤滑性能躲履，并提高涂層的最高工作溫度。Platit公司還生產(chǎn)擁有專利的三層涂層聊闯，它由一層粘結(jié)層工猜、一層中間層（單一結(jié)構(gòu)或梯度結(jié)構(gòu)）和一層納米復(fù)合頂層所組成，具有卓越的抗摩擦性能和韌性菱蔬。例如篷帅，nACo3三層涂層是以TiN為底層，AlTiN為中間層拴泌，nACo納米復(fù)合涂層為頂層魏身。而nACo本身就是TiAlN嵌入Si3N4M非晶基體所構(gòu)成的納米復(fù)合涂層。根據(jù)Platit公司提供的數(shù)據(jù)，該涂層硬度高達38–45GPa箭昵，最高工作溫度達到1200°C税朴。

　　該公司的涂層設(shè)備采用傳統(tǒng)的磁控陰極電弧原理（ARC）以及側(cè)面旋轉(zhuǎn)陰極（LARC）和中心旋轉(zhuǎn)陰極（CERC）專利技術(shù)。該公司可供應(yīng)29種不同的涂層家制，涂層設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置可涂覆三種“基礎(chǔ)”涂層（即TiN正林、TiCN和TiAlN）。該公司稱裕消，這三種涂層目前占到世界涂層市場的80%以上桃铛。該公司提供的其它涂層是為一些特殊應(yīng)用而設(shè)計的，包括17種可選涂層乃屈、6種納米涂層和3種專用的三層涂層南翻。

　　Niagara Cutter公司總裁兼首席執(zhí)行官Sherwood Bollier指出，刀具設(shè)計的三大技術(shù)包括基體材料兼英、涂層和刀具幾何形狀绵布。他認(rèn)為，盡管新的涂層可以改善刀具性能喳牌，但如果沒有對整個刀具進行優(yōu)化肪禾，就不一定能達到改善刀具性能目的。

　　Bollier指出玲院，“獲得一種具有新的顏色袁羔、較高的硬度和最高工作溫度的新涂層是比較容易的，然而真正重要的是刀具的性能淡早。對于新的涂層挠疲，我們通過檢測刀具性能并根據(jù)加工需要進行調(diào)整。我們發(fā)現(xiàn)醇坝，一旦為某種刀具材料和切削刃形選定涂層后邑跪，刀具刃口的制備非常重要『糁恚”Niagara刀具公司專攻圓形刀具（如立銑刀）以及（通過其微型立銑刀分公司）用于加工醫(yī)療和電子器件的微型立銑刀画畅。適當(dāng)?shù)娜锌谥苽淙Q于所用的涂層和所切削的材料，切削鋁材效果很好的切削刃可能在切削鑄鐵時表現(xiàn)不佳宋距。他還認(rèn)為轴踱，涂后的二次處理（如涂層拋光）與正確的刀具設(shè)計和刃口制備同樣重要。

　　Bollier解釋說谚赎，“盡管涂層使切削刃保持鋒利淫僻，但刃口可能過于鋒利。未涂層的切削刃在最初的少量切削后會有微小磨損壶唤，有利于‘穩(wěn)定’刀具和消除振顫嘁傀，采用正確的切削刃制備方法對刀具進行預(yù)處理兴蒸，就是模擬未涂層刀具在初次切削時的‘穩(wěn)定’過程∠赴欤”

　　Bollier表示间歌，“我們有幾種性能非常不錯的新涂層，但它們適用于特定的加工认施《熘罚”例如，巴爾查斯公司推薦的一種稱為Alcrona的AlCrN新涂層已被證明適用于齒輪滾刀多蜕，似乎很自然地也可以推廣應(yīng)用于立銑刀妨谦。“我們必須努力工作嘀回，使Alcrona涂層為我所用显而。它確實適合用于刀具的刃口制備。一旦我們進行了足夠的試驗和檢測蜜裸，我們就可將Alcrona涂層擴展應(yīng)用于我們的加工中楷芝。”Niagara公司宣稱沧气，在一個特定的切削試驗中裕砖，在切削速度和進給量提高35%的情況下，該涂層可使用戶的刀具壽命提高一倍牍懂。Alcrona涂層銑刀的切削刃經(jīng)過150次往復(fù)切削（在牧野S58銑床上銑削硬度HRC30的4340材料鸵隧，切削速度1100fpm，進給量176ipm）意推，基本未產(chǎn)生積屑瘤豆瘫。

　　山特維克可樂滿（Sandvik Coromant）公司擁有一支分布廣泛的涂層工程技術(shù)團隊。雖然該公司可將其刀具涂層工作外包菊值，但它認(rèn)為外驱，自身擁有涂層技術(shù)和能力非常重要。山特維克公司負責(zé)管理刀具牌號的全球經(jīng)理Margareta Palsson認(rèn)為俊性，一個完整的切削解決方案來源于涂層與合適的基體略步、幾何形狀和刃口制備的合理匹配描扯。她說定页，“每一種加工的要求都有細微的差別，而這種差別可以轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)率的顯著不同绽诚。我們致力于細致地調(diào)整生產(chǎn)工藝典徊，以滿足這些加工要求《鞴唬”

　　山特維克每年要開發(fā)6－8種新的刀具牌號卒落，一部分是為新的加工需求所開發(fā)枝徙，另一些是對已有涂層的改進。該公司認(rèn)為顺丸，在為刀具匹配涂層時饺焕，應(yīng)該進行全面的切削試驗，為此短即，該公司每年要對25000個切削刃進行切削試驗什氮，產(chǎn)生的切屑重達45噸。

　　例如宜抓，今年山特維克推出了用于鋼件車削的GC4205牌號舟道，該牌號采用TiCN/Al203中溫CVD涂層，設(shè)計用于在切削刃溫度高達1200℃以上的條件下矫第，以很高的金屬切除率穩(wěn)定地加工鋼件遍沟。

　　由于需要在數(shù)百種切削刀片中進行選擇，山特維克可樂滿認(rèn)識到過多的信息使用戶負擔(dān)過重的問題浑擎，為此倚务，山特維克采用了一種稱為CoroKey的方式，可使工程師基于其特定的需求卷雕，減少選擇刀具的工作量节猿。用戶選定工件材料種類、加工類型漫雕、加工條件和切削數(shù)據(jù)后滨嘱，CoroKey就可以幫助他們選擇適用的切削刀片。雖然涂層對于每把刀具都是很重要的要素浸间，CoroKey通過使工件材料和加工方式與推薦的切削深度太雨、進給量和切削速度相互匹配，幫助工程師選擇正確的刀具魁蒜。

　　Palsson確信囊扳，未來的加工將需要大量的刀具性能研究，包括為新的航空航天鈦合金兜看、復(fù)合材料锥咸、粉末冶金材料以及用于汽車發(fā)動機缸體的蠕墨鑄鐵的加工開發(fā)刀具及其涂層∠敢疲“在這些加工中搏予，原子結(jié)構(gòu)、金屬比例弧轧、表面光潔度隧渠、切削刃制備以及晶體排列方向的細微差別都將造成生產(chǎn)能力的很大不同≡纠溃”Palsso說元八。

　　山高刀具公司（Seco Tools）車削產(chǎn)品經(jīng)理Don Graham表示玻桶，為了開發(fā)名為DurAtomic的新工藝和新涂層，山高刀具正對涂層的晶體結(jié)構(gòu)進行研究聪萨。通過使CVD－Al2O3涂層的晶體定向傾斜假盼，可使涂層在切削時硬度更高、韌性更好盘另。他解釋說乌烫，“我們在原子尺度上進行晶體定向，既增加了切削刀片的韌性楞盼，也增加了其耐磨性忍症，而這二者通常是相互對立的。使每個晶粒傾斜哪怕很小的角度锄镜，也能充分增強其韌性稽及。DurAtomic涂層采用TiCN作為底層，新的Al2O3作為頂層滑频。較早推出的牌號（如Seco的TP000系列）采用了附加的TiN作為頂層捡偏，而現(xiàn)在已不再需要，因為Al2O3已具有足夠的強度和表面光潔度峡迷。

　　TP2500是山高利用DurAtomic技術(shù)開發(fā)的第一個用于車削加工的涂層牌號银伟，在廣泛用于各種鋼件加工時，可提供更好的耐磨性和韌性绘搞。此外彤避，TP2500還可以優(yōu)化不銹鋼和鑄鐵的加工，有效地加工從K10到M40的材料夯辖。通過80多項現(xiàn)場切削試驗琉预，證明TP2500適用于各種材料的粗加工、表面加工和精加工≥锕樱現(xiàn)場試驗表明圆米，采用TP2500涂層還可以減少切削刃積屑瘤，與通常采用的涂層刀具相比啄栓，TP2500可提高生產(chǎn)效率25%娄帖，延長刀具壽命40%。同時卜判，測得的涂層硬度提高了11%仔省，新的TP2500涂層還可使刀具溫度降低3%－4%。

　　伊斯卡公司（Iscar Metals Inc.）為其精密硬質(zhì)合金刀具（包括銑削刀具落寡、孔加工刀具成止、車削刀具和切斷刀具）開發(fā)了一種新的Sumo Tec涂層技術(shù)（既可用于CVD也可用于PVD）浊笤，Sumo Tec涂層技術(shù)是建立在該公司原有的ALTec PVD和Alpha-Tec CVD涂層技術(shù)的基礎(chǔ)之上痒仆。伊斯卡公司全國培訓(xùn)主管Mike Gadzinski說揣蒿，“刀具最常見的失效機理是崩刃，因此我們特別采用了三層涂層：TiCN作為底層豪服、Al2O3或AlTiN作為中間層刨德，TiN薄膜作為頂層。TiCN可改善刀具耐磨性以防止崩刃吁巫，中間層則提供了熱屏障汰日。為了改進這種基礎(chǔ)涂層，伊斯卡采用了專有的后處理工藝龟夜，以產(chǎn)生既耐熱又抗崩刃的光滑表面挂捅。在針對較早產(chǎn)品的切削試驗中，刀具壽命都有15%－80%的提高堂湖∠邢龋”

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