近30余年來，刀具涂層技術(shù)迅速發(fā)展，涂層刀具得到了廣泛應(yīng)用蝇盖。1969年德國克虜伯（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)，并向市場推出了CVDTiC涂層硬質(zhì)合金刀片產(chǎn)品谍线。 20世紀(jì)70年代初虎资，美國本夏（(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，并于1981年將 PVDTiN高速鋼刀具產(chǎn)品推向市場工斤。當(dāng)時CVD涂層工藝溫度約1000℃卷雕，主要用于硬質(zhì)合金刀具（刀片）的表面涂層；PVD涂層工藝溫度為500℃和 500℃以下票从，主要用于高速鋼刀具的表面涂層漫雕。

　　后來，CVD和PVD涂層技術(shù)不斷迅速發(fā)展峰鄙，在涂層材料浸间、涂層設(shè)備和工藝等方面都有了很大進(jìn)步，而且發(fā)展了多層材料的涂覆技術(shù)先馆，使涂層刀具（刀片）的使用性能有了很大的提高发框。 PVD涂層技術(shù)過去主要用于高速鋼刀具，而近年來隨著PVD涂層技術(shù)飛躍發(fā)展煤墙，也成功用于硬質(zhì)合金刀具（刀片）梅惯，占領(lǐng)了硬質(zhì)合金涂層刀具（刀片）的一半陣地。現(xiàn)在仿野，涂層高速鋼刀具和涂層硬質(zhì)合金刀具（刀片）廣泛應(yīng)用铣减，已占全部刀具使用總量的50%以上。

　　涂層刀具的優(yōu)越性

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

　∷β①由于表面涂層材料具有很高的硬度和耐磨性讽空，且耐高溫。故與未涂層的刀具（刀片）相比练歇，涂層刀具允許采用較高的切削速度楞盼，從而提高了切削加工效率；或能在相同的切削速度下蔑枣，提高刀具壽命锄镜。

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

　　③用涂層刀具（刀片）加工茫藏，零件的已加工表面質(zhì)量較好误趴。

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

　　刀具涂層技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步

　　CVD涂層技術(shù)的進(jìn)展

　　過去售葡，硬質(zhì)合金刀具表面涂層采用高溫化學(xué)氣相沉積（HTCVD）工藝看杭。在常壓或負(fù)壓的沉積系統(tǒng)中，將純凈的H2挟伙、CH4楼雹、N2、TiCl4尖阔、AlCl3贮缅、CO2等氣體根據(jù)沉積物的成分，按一定配比均勻混和疫题，依次涂到具備一定溫度（一般為1000~1050℃）的硬質(zhì)合金刀片表面焕鲸，即在刀片表面沉積TiC、TiN韧似、TiCN落寡、Al2O3或者它們的復(fù)合涂層。直到現(xiàn)在浊笤，HTCVD仍是使用最多的工藝方法痒仆，除HTCVD外揣蒿，還有等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD）工藝，它是在硬質(zhì)合金刀具（刀片）表面涂層的另一種方法豪服，因這種涂層工藝溫度較低（700~800℃）千有，故刀片的抗彎強(qiáng)度降低。因?yàn)門iC與基體材料的線膨脹系數(shù)最接近犁捕，通常用TiC 薄層先涂在基體表面上，外面再涂TiN减叫、Al2O3萤遥，如TiC/TiN、TiC/Al2O3包竹、TiC/TiCN/TiN等燕酷。

　　后來，發(fā)展了各種不同組合的多層涂層周瞎。筆者在多次展覽會上調(diào)查和統(tǒng)計(jì)了瑞典苗缩、德國、美國声诸、日本酱讶、韓國、以色列和中國各公司的CVD涂層硬質(zhì)合金刀片產(chǎn)品彼乌，涂層材料有以下組合：TiCN/Al2O3泻肯、TiCN/TiC/TiN、TiCN/TiC/Al2O3慰照、TiCN/Al2O3/TiN灶挟、TiCN/TiC/Al2O3/TiN、TiCN/Al2O3/TiCN毒租、 TiN,TiC/TiCN/TiN稚铣、TiN/TiCN/TiN等〉噬可以看出秽擦，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)倡搞，例如采用了梯度結(jié)構(gòu)弓匪，才有可能用TiCN或TiN墊底。此外哥峡，TiN涂層不宜單獨(dú)使用盲拣，因?yàn)榕c硬質(zhì)合金相比，TiN的硬度提高不多惋蛉，TiN必須與TiC摘裕、TiCN脸鸿、 Al2O3等組合使用。

　　PVD涂層技術(shù)的進(jìn)展

　　早期拥耍，PVD涂層均采用“真空蒸鍍法”显艘，膜層往往不均勻，與基體的結(jié)合不夠牢固审拉，后發(fā)展了“真空磁控濺射法”和“真空等離子鍍工藝”炭庙，效果很好。現(xiàn)在刀具表面涂層主要用后兩種方法煌寇。

　　早年焕蹄，PVD涂層只用于高速鋼刀具，涂層材料幾乎只用TiN一種阀溶。后來腻脏，改進(jìn)了涂層工藝，發(fā)展了多種涂層材料和多層涂層银锻，在硬質(zhì)合金刀具上也得到了大量的應(yīng)用永品。涂層效果比以往大有進(jìn)步。TiN涂層材料仍在使用击纬，新興的涂層材料是TiAlN和AlTiN鼎姐，其使用效果優(yōu)于TiN。

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

　　國外一些知名的高速鋼和硬質(zhì)合金工具廠缩棉，都有涂層刀具（刀片）產(chǎn)品，但涂層設(shè)備和工藝多購自涂層技術(shù)的專業(yè)公司瑟哺，或與之合作颂梆，而不是自行研制。據(jù)悉弹梁，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進(jìn)的览雁。中國也應(yīng)當(dāng)這樣做，這是一條既好又快的道路动院。例如胜通，中國哈爾濱第一工具廠和德國PVT公司合作，成立了哈一工普威特鍍膜合資股份公司芽堪。歐瑞康巴爾查斯公司在全球設(shè)有77個涂層中心宅溃，在中國蘇州沛药、天津和漢江各設(shè)有一個中心，中國鄰近城市和地區(qū)的工具廠家甚负，其涂層產(chǎn)品多在上述中心進(jìn)行涂層柬焕。湖南株洲硬質(zhì)合金廠和四川自貢長城硬質(zhì)合金廠的涂層設(shè)備都是從國外引進(jìn)的。

　　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”梭域、“等離子體噴射CVD法”斑举、“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）。CVD金剛石膜的力學(xué)病涨、物理性能介于天然金剛石和熱壓聚晶PCD金剛石之間懂昂，能夠有效地加工有色金屬。

　　如增加沉積時間没宾，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。將厚膜從基體上剝離沸柔，并切割成一定形狀的小塊循衰，再將小塊釬焊在基體刀片（一般為硬質(zhì)合金刀具）上使用。CVD厚膜金剛石刀具應(yīng)用范圍大于薄膜涂層刀具褐澎。在CIMT2007上会钝，很多國內(nèi)外刀具公司都有CVD薄膜金剛石涂層刀具產(chǎn)品，但只有少數(shù)廠家有厚膜產(chǎn)品工三。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)品狞吏，并且已有多年的經(jīng)驗(yàn)。厚膜刀具應(yīng)用范圍較廣舍娜，能加工各種有色金屬仁沃、非金屬硬材料及顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料等。

　　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）超硬涂層薄膜谨敏，厚度只有幾個微米赡析，硬度可達(dá)40~50GPa。CxNy涂層刀具能切削黑色和有色金屬考皂。

　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　涂層高速鋼和硬質(zhì)合金刀具（刀片）的切削性能進(jìn)行了長期的研究奇搪，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：

　∫趴帷①在相同的切削條件下住龙，涂層刀具刀片的使用壽命比未涂層刀具（刀片）提高3~5倍。在相同的切削條件下笛驴，相同刀具壽命時监征，涂層刀具的切削速度比未涂層刀具提高20~30%。

　”芄椤②在相同的切削條件下荣月，涂層刀具（刀片）的切削力小于未涂層者管呵。筆者用涂覆TiC硬質(zhì)合金刀片車削鋼材與未涂層刀片對比，主切削力Fc可減小3%~4 %哺窄，TiN或TiC/TiN涂層刀片的Fc約可減小6%捐下，進(jìn)給力Ff與切深力Fp的減小尤為顯著。Al2O3涂層刀片與切削力的減小效果與TiN涂層刀片接近萌业。

　】澜蟆③用CVD涂層金剛石厚膜刀具，加工過硅鋁合金生年、各種硬鋁婴程、鉛黃銅、無氧銅抱婉、碘化鈦以及纖維增強(qiáng)和顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料等档叔，均取得較好效果。但用作超精密切削的刀具蒸绩，其效果不如天然金剛石刀具衙四。

　　④用CxNy涂層高速鋼鉆頭在高強(qiáng)度鋼上鉆孔独溯，與未涂層鉆頭相比凹毛，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葬爽，亦有顯著效果鸳岩。又曾在硬質(zhì)合金刀片上涂覆CxNy，用以車削鋼料嘱董，效果尚不夠理想听番，其使用壽命不超過普通TiC涂層硬質(zhì)合金刀片。

　　中國的刀具涂層技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比尚有很大差距图兑，涂層刀具的數(shù)量也差得很遠(yuǎn)瘩浆，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怯漾，在普通的非數(shù)控機(jī)床上則少得可憐胡炼，原因是認(rèn)識問題和價格等因素。我們應(yīng)該努力提高刀具涂層技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的水平摹削，大力推廣應(yīng)用涂層刀具碍蚊，促進(jìn)切削加工和機(jī)械制造水平的提高。

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