納米復(fù)合膜制備技術(shù)及其在干式切削刀具涂層中的應(yīng)用
1 引言
硬質(zhì)膜涂層能減少刀具與工件間的摩擦琐簇，降低刀具切削過程中的磨損厅肩，顯著提高刀具的使用壽命六呼，因此被廣泛地應(yīng)用于刀具涂層枕娱。在傳統(tǒng)涂層的制備中赢虚，化學(xué)氣相沉積CVD和物理氣相沉積PVD（蒸鍍、濺射叶素、離子鍍）仍是刀具涂層制備的主要技術(shù)舰秀。采用CVD技術(shù)可在硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具表面實(shí)現(xiàn)TiN、TiC沧蛉、TiCN苫治、TiBN、TiB2蟀思、Al2O3等單層及多元多層復(fù)合涂層的沉積零院；采用PVD涂層技術(shù)可在硬質(zhì)合金立銑刀、鉆頭村刨、階梯鉆告抄、油孔鉆撰茎、鉸刀、絲錐打洼、可轉(zhuǎn)位銑刀片龄糊、異形刀具、焊接刀具等表面制備多種涂層募疮。隨著各類高效炫惩、高速、高精度數(shù)控機(jī)床及加工中心的應(yīng)用阿浓、普及以及綠色制造理念的提出他嚷，為了滿足各種高硬度、高韌性的難切削加工材料的加工需要芭毙，干切削技術(shù)越來越受到人們重視筋蓖，同時(shí)也對(duì)刀具涂層技術(shù)及涂層材料提出了更高要求。納米薄膜順應(yīng)了干切削條件下對(duì)刀具的新要求魁跷，因此納米薄膜及其在干切削刀具中的應(yīng)用成為目前刀具涂層制備及表面工程技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)孟若。
2 納米薄膜技術(shù)的研究及發(fā)展
隨著納米材料的出現(xiàn)，納米薄膜（涂層）技術(shù)也得到相應(yīng)的發(fā)展洗念。時(shí)至今日炮方，已從單一材料的納米薄膜轉(zhuǎn)向納米復(fù)合薄膜的研究，薄膜的厚度也由數(shù)微米發(fā)展到數(shù)納米的超薄膜誊桅。目前已經(jīng)制備的薄膜有Ti（N崇旺，C，CN）难踱、（V设哀，Al，Nb）N刷络、Al2O3甥迷、SiC及Cu、Ni丽优、Al歹恬、Ag、Au手趣、金剛石等晌该。其中TiN、Al2O3绿渣、TiC是較典型的超硬膜朝群，其顯微硬度分別為HV1950、HV3000和HV3200，抗磨順序是TiC>TiCN>TiN>Al2O3姜胖。這些薄膜在刀具誉帅、微機(jī)械、微電子領(lǐng)域作為耐磨右莱、耐腐蝕涂層及其它功能涂層獲得重要應(yīng)用蚜锨。自Veprek S等提出超硬納米復(fù)合膜的概念以來，對(duì)納米復(fù)合膜的研究更是引起廣泛的重視慢蜓。超硬納米復(fù)合膜具有表面減摩亚再、耐磨作用，可以改善摩擦副的運(yùn)動(dòng)可靠性和壽命晨抡，達(dá)到與高合金材料相同甚至更佳的使用效果针余，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材及提高效率的目的领明。納米復(fù)合膜是由兩種不同材料組成，這兩種材料可以是納米晶/納米晶姓赂，也可以是納米晶/非晶態(tài)袋凶，每種材料的粒子尺寸在3～10nm。在復(fù)合薄膜制備方法中痢腋，等離子化學(xué)氣相沉積（PACVD）最早應(yīng)用于制備nc-TiN/Si3N4弦捶、nc-TiN-BN和nc-TiAlSiN薄膜。
如Veprek S和Shizhi L等人采用PACVD方法二场，以SiCl4党砸、SiH、TiCl4缤棍、H2為反應(yīng)氣體莉狠，在550～600℃的沉積溫度下制備了nc-TiN /α-Si3N4薄膜。但制備過程中反應(yīng)氣會(huì)腐蝕膜和設(shè)備衅快，有造成環(huán)境污染甚至火災(zāi)的危險(xiǎn)堪俩。一般來說，CVD沉積技術(shù)需要溫度達(dá)500～600℃以促使納米晶粒的生長般甲，而過高的沉積溫度會(huì)造成基材軟化肋乍、尺寸精度下降等問題，因此嚴(yán)重限制了納米復(fù)合膜的應(yīng)用敷存。研究表明墓造，制備納米復(fù)合膜的關(guān)鍵在于快速形成晶核的同時(shí)保證晶粒尺寸的低速增長。因此為保證覆膜后的整體性能不至下降锚烦，降低沉積溫度便成為其技術(shù)關(guān)鍵觅闽。
目前的實(shí)驗(yàn)表明，磁控濺射技術(shù)是低溫沉積最有效的方法。所以谱煤，目前的研究主要集中在用磁控濺射法制備納米復(fù)合膜摊求。如反應(yīng)磁控濺射沉積廣泛應(yīng)用于制備MeC/DLC（類金剛石碳膜），Me為過渡金屬如Ti等刘离。采用這種技術(shù)室叉，其沉積溫度可低于150℃。Karvánková P等人應(yīng)用不平衡磁控濺射技術(shù)制備ZrN-Ni和CrN-Ni納米復(fù)合膜硫惕，基體溫度分別為300℃和200℃茧痕；通過制備試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基體溫度高于400℃時(shí)察贵，合成膜的硬度會(huì)降低慢况。由此可見沉積溫度對(duì)納米復(fù)合膜的硬度影響甚大。
Musil J用直徑100mm平面球形不平衡磁控管旋喊，在總壓0.5Pa的Ar和Ar+N2混合氣體中對(duì)TiAl合金靶進(jìn)行濺射阀秤，N2分壓連續(xù)變化導(dǎo)致薄膜結(jié)構(gòu)和顯微硬度明顯變化，獲得的nc-TiAlN/AlN納米復(fù)合膜顯微硬度高達(dá)47GPa哲陷，且具有高的彈性回復(fù)（74%）鼠台。
同時(shí)，多種技術(shù)的復(fù)合在納米復(fù)合薄膜制備中也體現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢（如磁控濺射法與脈沖激光技術(shù)的結(jié)合）墙议。Voevodin A A等人采用脈沖激光沉積技術(shù)（PLD）和磁控濺射技術(shù)相結(jié)合分別制備了TiC/DLC确缩、WC/DLC/WS2納米復(fù)合膜。由于采用這種復(fù)合技術(shù)使得沉積時(shí)的基體溫度低于100℃久挖，因而該法成為制備W-C-S系列納米復(fù)合膜的主要方法缎苞。Meng W J等人采用射頻耦合輔助（ICP）PVD/CVD技術(shù)與反應(yīng)磁控濺射技術(shù)相結(jié)合制備Ti/α-C:H納米復(fù)合膜也取得良好效果。
由于PVD歹对、CVD等方法工藝復(fù)雜售碳，成本昂貴，不宜用于大面積制備納米復(fù)合薄膜佩迟，因此近十多年來团滥，國外對(duì)電沉積法制備納米晶體材料進(jìn)行了較多研究，國內(nèi)近幾年也開始了這方面的研究报强。電沉積法因設(shè)備簡單灸姊、工藝成熟、低溫且參數(shù)可控等突出優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到重視秉溉。電沉積方法經(jīng)歷了直流力惯、脈沖及選擇性噴射電沉積的發(fā)展，目前已能制備出各種厚度的薄膜召嘶。已研究的電沉積納米材料有鎳父晶、銅哮缺、鈷等，其中鎳及鎳基合金的復(fù)合沉積是最受關(guān)注的甲喝，已沉積的材料有Ni-P尝苇、Ni-Fe、Ni-Cu贵本、Ni-Mo芝杏、Ni-SiC、Ni-Al2O3穴愕、Ni-ZrO2等债鼎。在基體上電沉積薄金屬層（厚度100μm以下）以改善表面性能是電沉積技術(shù)最廣泛的應(yīng)用。電沉積的納米結(jié)構(gòu)薄層渗蜀，具有高耐磨蚂旁、耐蝕性的同時(shí)，又具有高的硬度及與基體極好的結(jié)合力历喊，可作為理想的保護(hù)性鍍層粤搂；所具有的低磨損率和較低的摩擦系數(shù)，可用于要求高耐磨性的同時(shí)又要求低摩擦系數(shù)的場合法竭，如刀具材料聪戳、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓活塞的表面涂層等。
有報(bào)道表明彭旬，近年來許多研究者用溶膠－凝膠法制備了納米薄膜。由于溶膠的先驅(qū)體可以提純且其溶膠－凝膠過程在常溫下可液相成膜容诬，所用的設(shè)備簡單娩梨，操作方便，具有化學(xué)計(jì)量比易控览徒、成份均勻狈定、成膜面積大等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于薄膜制備。目前已采用該法制備的納米復(fù)合薄膜主要有Co（Fe习蓬，Ni纽什，Mn）/SiO2，CdS（ZnS躲叼，PbS）/SiO2等芦缰。陳元春等就溶膠－凝膠法制備氧化鋁涂層硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行了研究，可獲得單層凝膠膜的厚度在幾百納米以內(nèi)枫慷。試驗(yàn)結(jié)果說明在干切削狀態(tài)下溶膠－凝膠法制得的涂層刀具壽命比未涂層刀具提高一倍左右让蕾。
3 納米薄膜在干式切削刀具中的應(yīng)用
涂層技術(shù)的發(fā)展是干式切削加工得以推廣應(yīng)用的重要條件之一。在干式切削過程中或听，具有納米薄膜的刀具涂層可起到明顯作用：①在刀具與被切削材料之間形成隔離層探孝；②通過抑制從切削區(qū)到刀片的熱傳導(dǎo)來降低熱沖擊；③減少摩擦力及摩擦熱。刀具通過涂層處理迈堂，可實(shí)現(xiàn)固體潤滑列啃，減少摩擦和粘結(jié)，使刀具吸收熱量減少耀佣，可承受更高的切削溫度屉馋。
目前，采用封閉場非平衡磁控濺射（CFUMS）技術(shù)拂是，可在硬質(zhì)合金刀具和HSS鉆頭上涂覆上B4C/W多層納米涂層酬裆。涂層總層數(shù)100層，每層由厚度為13埃的B4C涂層材料及18埃的W涂層材料組成逃缔。在105m/min的切削速度下葱有，分別用B4C/W多層納米涂層刀具與未涂層刀具、普通單涂層（TiAlN）刀具泄廓、三涂層（TiC/TiCN/TiN及TiC/Al2O3/TiN）刀具對(duì)中碳鋼進(jìn)行了干切削對(duì)比試驗(yàn)复做。試驗(yàn)結(jié)果表明，納米涂層刀具的后刀面磨損量比未涂層刀具和常用的TiC/Al2O3/TiN三涂層刀具大大減小权浸。此外旬渤，隨著切削時(shí)間的延長，納米涂層刀具的切削力與未涂層刀具奄容、TiC/TiCN/TiN三涂層刀具和TiAlN涂層刀具相比也顯著減小冰更。試驗(yàn)進(jìn)一步說明了采用封閉場非平衡磁控濺射技術(shù)生產(chǎn)的刀具涂層具有重復(fù)性好、涂層與基體粘結(jié)強(qiáng)度更高昂勒、摩擦系數(shù)小等特點(diǎn)蜀细，因而在干切削中具有更長的使用壽命。
層狀結(jié)晶的二硫化鉬具有較小的摩擦系數(shù)戈盈，是常用的固體潤滑劑奠衔。將MoS2與耐熱金屬M(fèi)o組合成復(fù)合涂層MoS2/Mo，具有優(yōu)異的減摩耐熱的效果塘娶。研究者采用MoS2/Mo雙材料涂層結(jié)構(gòu)在HSS鉆頭表面制備了層厚80埃归斤、總厚度為3.2μm（共400層）的納米涂層。用該涂層鉆頭與未涂層HSS鉆頭進(jìn)行了TI6Al4V合金工件干切削對(duì)比試驗(yàn)刁岸。試驗(yàn)用鉆頭直徑為φ9.5mm脏里，名義鉆削速度2200rpm。試驗(yàn)結(jié)果表明虹曙，未涂層鉆頭鉆進(jìn)時(shí)膝宁，由于鉆削力急劇增大，導(dǎo)致鉆頭卡入工件中垮允；測得多層納米涂層鉆頭鉆進(jìn)時(shí)的鉆削力減小約33%籍喧，在相同的鉆削時(shí)間內(nèi)能保證正常鉆削水仑，鉆削性能顯著優(yōu)于未涂層鉆頭。說明采用MoS2/Mo雙材料涂層結(jié)構(gòu)的納米涂層刀具是適用于干切削的理想刀具铃踪。
此外颂芒，刀具表面涂覆納米（Ti50Al45Si5）N、（Ti50Al45Si5）N+（Ti80Al15Si5）N和Ti-B-N四種納米復(fù)合涂層后漏碰，對(duì)ASTM1043標(biāo)準(zhǔn)鋼工件進(jìn)行的切削試驗(yàn)（切削速度為150～310m/min乱感，切深為2mm，進(jìn)給量為0.219mm/rev）也表明這幾種納米復(fù)合涂層在高速切削測試中具有極其優(yōu)異的耐磨性肯铣，可用作干切削刀具的涂層材料蠢耻。
4 展望
目前薄膜技術(shù)發(fā)展迅速，所制備的薄膜越來越薄诉鸯，晶粒尺寸1納米的薄膜是制備納米超薄膜的研究目標(biāo)威视；由于單一涂層材料難以滿足提高刀具綜合機(jī)械性能的要求，因此為滿足干式切削加工對(duì)涂層的要求躬挺，出現(xiàn)了多樣化的制備工藝捂齐，且朝著多種技術(shù)的復(fù)合、化學(xué)組分的多組元化等方向發(fā)展缩抡；涂層工藝溫度將越來越低奠宜，刀具涂層工藝將向更合理的方向發(fā)展。無疑瞻想，這些薄膜新技術(shù)的研究和開發(fā)压真，在刀具涂層制備中具有極為廣泛的應(yīng)用前景，但PVD蘑险、MTCVD工藝仍為刀具涂層制備的主流技術(shù)榴都。
摘自《工具技術(shù)》 作者：南通大學(xué) 任雨松，花國然
硬質(zhì)膜涂層能減少刀具與工件間的摩擦琐簇，降低刀具切削過程中的磨損厅肩，顯著提高刀具的使用壽命六呼，因此被廣泛地應(yīng)用于刀具涂層枕娱。在傳統(tǒng)涂層的制備中赢虚，化學(xué)氣相沉積CVD和物理氣相沉積PVD（蒸鍍、濺射叶素、離子鍍）仍是刀具涂層制備的主要技術(shù)舰秀。采用CVD技術(shù)可在硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具表面實(shí)現(xiàn)TiN、TiC沧蛉、TiCN苫治、TiBN、TiB2蟀思、Al2O3等單層及多元多層復(fù)合涂層的沉積零院；采用PVD涂層技術(shù)可在硬質(zhì)合金立銑刀、鉆頭村刨、階梯鉆告抄、油孔鉆撰茎、鉸刀、絲錐打洼、可轉(zhuǎn)位銑刀片龄糊、異形刀具、焊接刀具等表面制備多種涂層募疮。隨著各類高效炫惩、高速、高精度數(shù)控機(jī)床及加工中心的應(yīng)用阿浓、普及以及綠色制造理念的提出他嚷，為了滿足各種高硬度、高韌性的難切削加工材料的加工需要芭毙，干切削技術(shù)越來越受到人們重視筋蓖，同時(shí)也對(duì)刀具涂層技術(shù)及涂層材料提出了更高要求。納米薄膜順應(yīng)了干切削條件下對(duì)刀具的新要求魁跷，因此納米薄膜及其在干切削刀具中的應(yīng)用成為目前刀具涂層制備及表面工程技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)孟若。
2 納米薄膜技術(shù)的研究及發(fā)展
隨著納米材料的出現(xiàn)，納米薄膜（涂層）技術(shù)也得到相應(yīng)的發(fā)展洗念。時(shí)至今日炮方，已從單一材料的納米薄膜轉(zhuǎn)向納米復(fù)合薄膜的研究，薄膜的厚度也由數(shù)微米發(fā)展到數(shù)納米的超薄膜誊桅。目前已經(jīng)制備的薄膜有Ti（N崇旺，C，CN）难踱、（V设哀，Al，Nb）N刷络、Al2O3甥迷、SiC及Cu、Ni丽优、Al歹恬、Ag、Au手趣、金剛石等晌该。其中TiN、Al2O3绿渣、TiC是較典型的超硬膜朝群，其顯微硬度分別為HV1950、HV3000和HV3200，抗磨順序是TiC>TiCN>TiN>Al2O3姜胖。這些薄膜在刀具誉帅、微機(jī)械、微電子領(lǐng)域作為耐磨右莱、耐腐蝕涂層及其它功能涂層獲得重要應(yīng)用蚜锨。自Veprek S等提出超硬納米復(fù)合膜的概念以來，對(duì)納米復(fù)合膜的研究更是引起廣泛的重視慢蜓。超硬納米復(fù)合膜具有表面減摩亚再、耐磨作用，可以改善摩擦副的運(yùn)動(dòng)可靠性和壽命晨抡，達(dá)到與高合金材料相同甚至更佳的使用效果针余，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材及提高效率的目的领明。納米復(fù)合膜是由兩種不同材料組成，這兩種材料可以是納米晶/納米晶姓赂，也可以是納米晶/非晶態(tài)袋凶，每種材料的粒子尺寸在3～10nm。在復(fù)合薄膜制備方法中痢腋，等離子化學(xué)氣相沉積（PACVD）最早應(yīng)用于制備nc-TiN/Si3N4弦捶、nc-TiN-BN和nc-TiAlSiN薄膜。
如Veprek S和Shizhi L等人采用PACVD方法二场，以SiCl4党砸、SiH、TiCl4缤棍、H2為反應(yīng)氣體莉狠，在550～600℃的沉積溫度下制備了nc-TiN /α-Si3N4薄膜。但制備過程中反應(yīng)氣會(huì)腐蝕膜和設(shè)備衅快，有造成環(huán)境污染甚至火災(zāi)的危險(xiǎn)堪俩。一般來說，CVD沉積技術(shù)需要溫度達(dá)500～600℃以促使納米晶粒的生長般甲，而過高的沉積溫度會(huì)造成基材軟化肋乍、尺寸精度下降等問題，因此嚴(yán)重限制了納米復(fù)合膜的應(yīng)用敷存。研究表明墓造，制備納米復(fù)合膜的關(guān)鍵在于快速形成晶核的同時(shí)保證晶粒尺寸的低速增長。因此為保證覆膜后的整體性能不至下降锚烦，降低沉積溫度便成為其技術(shù)關(guān)鍵觅闽。
目前的實(shí)驗(yàn)表明，磁控濺射技術(shù)是低溫沉積最有效的方法。所以谱煤，目前的研究主要集中在用磁控濺射法制備納米復(fù)合膜摊求。如反應(yīng)磁控濺射沉積廣泛應(yīng)用于制備MeC/DLC（類金剛石碳膜），Me為過渡金屬如Ti等刘离。采用這種技術(shù)室叉，其沉積溫度可低于150℃。Karvánková P等人應(yīng)用不平衡磁控濺射技術(shù)制備ZrN-Ni和CrN-Ni納米復(fù)合膜硫惕，基體溫度分別為300℃和200℃茧痕；通過制備試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基體溫度高于400℃時(shí)察贵，合成膜的硬度會(huì)降低慢况。由此可見沉積溫度對(duì)納米復(fù)合膜的硬度影響甚大。
Musil J用直徑100mm平面球形不平衡磁控管旋喊，在總壓0.5Pa的Ar和Ar+N2混合氣體中對(duì)TiAl合金靶進(jìn)行濺射阀秤，N2分壓連續(xù)變化導(dǎo)致薄膜結(jié)構(gòu)和顯微硬度明顯變化，獲得的nc-TiAlN/AlN納米復(fù)合膜顯微硬度高達(dá)47GPa哲陷，且具有高的彈性回復(fù)（74%）鼠台。
同時(shí)，多種技術(shù)的復(fù)合在納米復(fù)合薄膜制備中也體現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢（如磁控濺射法與脈沖激光技術(shù)的結(jié)合）墙议。Voevodin A A等人采用脈沖激光沉積技術(shù)（PLD）和磁控濺射技術(shù)相結(jié)合分別制備了TiC/DLC确缩、WC/DLC/WS2納米復(fù)合膜。由于采用這種復(fù)合技術(shù)使得沉積時(shí)的基體溫度低于100℃久挖，因而該法成為制備W-C-S系列納米復(fù)合膜的主要方法缎苞。Meng W J等人采用射頻耦合輔助（ICP）PVD/CVD技術(shù)與反應(yīng)磁控濺射技術(shù)相結(jié)合制備Ti/α-C:H納米復(fù)合膜也取得良好效果。
由于PVD歹对、CVD等方法工藝復(fù)雜售碳，成本昂貴，不宜用于大面積制備納米復(fù)合薄膜佩迟，因此近十多年來团滥，國外對(duì)電沉積法制備納米晶體材料進(jìn)行了較多研究，國內(nèi)近幾年也開始了這方面的研究报强。電沉積法因設(shè)備簡單灸姊、工藝成熟、低溫且參數(shù)可控等突出優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到重視秉溉。電沉積方法經(jīng)歷了直流力惯、脈沖及選擇性噴射電沉積的發(fā)展，目前已能制備出各種厚度的薄膜召嘶。已研究的電沉積納米材料有鎳父晶、銅哮缺、鈷等，其中鎳及鎳基合金的復(fù)合沉積是最受關(guān)注的甲喝，已沉積的材料有Ni-P尝苇、Ni-Fe、Ni-Cu贵本、Ni-Mo芝杏、Ni-SiC、Ni-Al2O3穴愕、Ni-ZrO2等债鼎。在基體上電沉積薄金屬層（厚度100μm以下）以改善表面性能是電沉積技術(shù)最廣泛的應(yīng)用。電沉積的納米結(jié)構(gòu)薄層渗蜀，具有高耐磨蚂旁、耐蝕性的同時(shí)，又具有高的硬度及與基體極好的結(jié)合力历喊，可作為理想的保護(hù)性鍍層粤搂；所具有的低磨損率和較低的摩擦系數(shù)，可用于要求高耐磨性的同時(shí)又要求低摩擦系數(shù)的場合法竭，如刀具材料聪戳、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓活塞的表面涂層等。
有報(bào)道表明彭旬，近年來許多研究者用溶膠－凝膠法制備了納米薄膜。由于溶膠的先驅(qū)體可以提純且其溶膠－凝膠過程在常溫下可液相成膜容诬，所用的設(shè)備簡單娩梨，操作方便，具有化學(xué)計(jì)量比易控览徒、成份均勻狈定、成膜面積大等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于薄膜制備。目前已采用該法制備的納米復(fù)合薄膜主要有Co（Fe习蓬，Ni纽什，Mn）/SiO2，CdS（ZnS躲叼，PbS）/SiO2等芦缰。陳元春等就溶膠－凝膠法制備氧化鋁涂層硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行了研究，可獲得單層凝膠膜的厚度在幾百納米以內(nèi)枫慷。試驗(yàn)結(jié)果說明在干切削狀態(tài)下溶膠－凝膠法制得的涂層刀具壽命比未涂層刀具提高一倍左右让蕾。
3 納米薄膜在干式切削刀具中的應(yīng)用
涂層技術(shù)的發(fā)展是干式切削加工得以推廣應(yīng)用的重要條件之一。在干式切削過程中或听，具有納米薄膜的刀具涂層可起到明顯作用：①在刀具與被切削材料之間形成隔離層探孝；②通過抑制從切削區(qū)到刀片的熱傳導(dǎo)來降低熱沖擊；③減少摩擦力及摩擦熱。刀具通過涂層處理迈堂，可實(shí)現(xiàn)固體潤滑列啃，減少摩擦和粘結(jié)，使刀具吸收熱量減少耀佣，可承受更高的切削溫度屉馋。
目前，采用封閉場非平衡磁控濺射（CFUMS）技術(shù)拂是，可在硬質(zhì)合金刀具和HSS鉆頭上涂覆上B4C/W多層納米涂層酬裆。涂層總層數(shù)100層，每層由厚度為13埃的B4C涂層材料及18埃的W涂層材料組成逃缔。在105m/min的切削速度下葱有，分別用B4C/W多層納米涂層刀具與未涂層刀具、普通單涂層（TiAlN）刀具泄廓、三涂層（TiC/TiCN/TiN及TiC/Al2O3/TiN）刀具對(duì)中碳鋼進(jìn)行了干切削對(duì)比試驗(yàn)复做。試驗(yàn)結(jié)果表明，納米涂層刀具的后刀面磨損量比未涂層刀具和常用的TiC/Al2O3/TiN三涂層刀具大大減小权浸。此外旬渤，隨著切削時(shí)間的延長，納米涂層刀具的切削力與未涂層刀具奄容、TiC/TiCN/TiN三涂層刀具和TiAlN涂層刀具相比也顯著減小冰更。試驗(yàn)進(jìn)一步說明了采用封閉場非平衡磁控濺射技術(shù)生產(chǎn)的刀具涂層具有重復(fù)性好、涂層與基體粘結(jié)強(qiáng)度更高昂勒、摩擦系數(shù)小等特點(diǎn)蜀细，因而在干切削中具有更長的使用壽命。
層狀結(jié)晶的二硫化鉬具有較小的摩擦系數(shù)戈盈，是常用的固體潤滑劑奠衔。將MoS2與耐熱金屬M(fèi)o組合成復(fù)合涂層MoS2/Mo，具有優(yōu)異的減摩耐熱的效果塘娶。研究者采用MoS2/Mo雙材料涂層結(jié)構(gòu)在HSS鉆頭表面制備了層厚80埃归斤、總厚度為3.2μm（共400層）的納米涂層。用該涂層鉆頭與未涂層HSS鉆頭進(jìn)行了TI6Al4V合金工件干切削對(duì)比試驗(yàn)刁岸。試驗(yàn)用鉆頭直徑為φ9.5mm脏里，名義鉆削速度2200rpm。試驗(yàn)結(jié)果表明虹曙，未涂層鉆頭鉆進(jìn)時(shí)膝宁，由于鉆削力急劇增大，導(dǎo)致鉆頭卡入工件中垮允；測得多層納米涂層鉆頭鉆進(jìn)時(shí)的鉆削力減小約33%籍喧，在相同的鉆削時(shí)間內(nèi)能保證正常鉆削水仑，鉆削性能顯著優(yōu)于未涂層鉆頭。說明采用MoS2/Mo雙材料涂層結(jié)構(gòu)的納米涂層刀具是適用于干切削的理想刀具铃踪。
此外颂芒，刀具表面涂覆納米（Ti50Al45Si5）N、（Ti50Al45Si5）N+（Ti80Al15Si5）N和Ti-B-N四種納米復(fù)合涂層后漏碰，對(duì)ASTM1043標(biāo)準(zhǔn)鋼工件進(jìn)行的切削試驗(yàn)（切削速度為150～310m/min乱感，切深為2mm，進(jìn)給量為0.219mm/rev）也表明這幾種納米復(fù)合涂層在高速切削測試中具有極其優(yōu)異的耐磨性肯铣，可用作干切削刀具的涂層材料蠢耻。
4 展望
目前薄膜技術(shù)發(fā)展迅速，所制備的薄膜越來越薄诉鸯，晶粒尺寸1納米的薄膜是制備納米超薄膜的研究目標(biāo)威视；由于單一涂層材料難以滿足提高刀具綜合機(jī)械性能的要求，因此為滿足干式切削加工對(duì)涂層的要求躬挺，出現(xiàn)了多樣化的制備工藝捂齐，且朝著多種技術(shù)的復(fù)合、化學(xué)組分的多組元化等方向發(fā)展缩抡；涂層工藝溫度將越來越低奠宜，刀具涂層工藝將向更合理的方向發(fā)展。無疑瞻想，這些薄膜新技術(shù)的研究和開發(fā)压真，在刀具涂層制備中具有極為廣泛的應(yīng)用前景，但PVD蘑险、MTCVD工藝仍為刀具涂層制備的主流技術(shù)榴都。
摘自《工具技術(shù)》 作者：南通大學(xué) 任雨松，花國然
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