刀具材料的選用決定于切削條件潮针，也決定于哪個面將被重磨。例如，如果刀具的前刀面被重磨孟景，使用含鉆的高速鋼會更有利，因為在刀具前刀面無涂層之后’帅刀，這種鋼更耐月牙洼磨損让腹。刀具材料的進步，出現(xiàn)了高速鋼扣溺、硬質(zhì)合金骇窍、各種增韌陶瓷、銑基金屬陶瓷锥余、聚品金剛石和c—BN等材質(zhì)刀具的使用腹纳，大大提高了金屬切削的加工效率。每種材料的刀具有各自的優(yōu)缺點驱犹，因而有特定的用途嘲恍。

刀具壽命與膜厚也有一定的關(guān)系。若以后刀面磨損為基準雄驹，隨膜厚增加刀具壽命也會增加佃牛，但膜厚為5μm時達到飽和淹辞，即壽命不再明顯增加；但如果以前刀面月牙洼深度為刀具壽命的基準俘侠，刀具壽命與膜厚成正比桑涎，未發(fā)現(xiàn)飽和現(xiàn)象。膜層太厚時易引起剝離灿躏，現(xiàn)在車刀的涂層厚度多為5μm-10μm烈瘸。

涂層刀具對刀具幾何形狀提出了新的要求。一般認為兽肮，刀具幾何形狀的改進范般，如前角、排屑空間等郭血，應集中在排屑能力上钟展，以適應在更高的進給量和更高的速度下切削量的增加。涂層刀具有較高的加工效率瓶答，它允許有較高的進給量和切削速度(可增至原切削速度的2-3倍)肢钙。對于難加工材料，涂層對刀具性能改善較大山毛。

對于銑刀的硬質(zhì)涂層遍削，膜厚的影響卻不相同。對鋼制工件進行銑削加工時泽兼，無論采用哪種膜層子擅，膜厚大約2μm時刀具壽命最長，膜厚再增加時壽命反而下降贝咙。但是對沖擊作用較小的鑄鐵等進行加工時样悟，最佳膜厚向更厚的方向變化。在銑削中庭猩，TiC涂層具有最好的效果窟她，而涂層卻顯示不出在車削加工中的優(yōu)勢。

硬質(zhì)合金刀具通常采用CVD法鍍膜蔼水，但PVD鍍膜處理幾乎不造成刃口強度下降震糖，PVD鍍層硬質(zhì)合金銑刀比CVD鍍層更耐用。對于一般高速鋼刀具的耐磨損性能徙缴，CVD涂層要優(yōu)于PVD涂層试伙，但精密的嘁信、形狀復雜于样、價格昂貴、不可重磨的高速鋼刀具多為PVD鍍膜潘靖。

要提高涂層刀具的使用效果穿剖、充分發(fā)揮硬質(zhì)涂層的作用是一相當復雜的技術(shù)蚤蔓。為了達到優(yōu)化組合，建立涂層刀具數(shù)據(jù)庫刽巍，對不同的工件陶焙，通過計算機來選擇刀具涂層材料和加工參數(shù)，情況就變得簡單而有效鹦堕，從而真正達到優(yōu)質(zhì)听量、高效、低成本的加工目標辆雇。

刀具表面的硬質(zhì)薄膜對材料有如下要求：①硬度高榕暴、耐磨性能好；②化學性能穩(wěn)定完冻，不與工件材料發(fā)生化學反應飘具；③耐熱耐氧化，摩擦系數(shù)低鲁压，與基體附著牢固等载易。單一涂層材料很難全部達到上述技術(shù)要求。涂層材料的發(fā)展佣棠，已由最初的單一TiN涂層颈墅、TiC涂層，經(jīng)歷了TiC-Al2O3-TiN復合涂層和TiCN雾袱、TiAlN等多元復合涂層的發(fā)展階段精盅，現(xiàn)在最新發(fā)展了TiN/NbN、TiN/CN谜酒，等多元復合薄膜材料叹俏，使刀具涂層的性能有了很大提高。

硬質(zhì)涂層材料中僻族，工藝最成熟粘驰、應用最廣泛的是TiN。目前述么，工業(yè)發(fā)達國家TiN涂層高速鋼刀具的使用率已占高速鋼刀具的50%-70%蝌数，有的不可重磨的復雜刀具的使用率已超過90%。由于現(xiàn)代金屬切削對刀具有很高的技術(shù)要求度秘，TiN涂層日益不能適應顶伞。TiN涂層的耐氧化性較差，使用溫度達500℃時剑梳，膜層明顯氧化而被燒蝕唆貌，而且它的硬度也滿足不了需要。TiC有較高的顯微硬度，因而該材料的耐磨性能較好吕得。同時它與基體的附著牢固亮倍，在制備多層耐磨涂層時，常將TiC作為與基體接觸的底層膜浴誉，在涂層刀具中它是十分常用的涂層材料纠惧。

TiCN和TiAlN的開發(fā)，又使涂層刀具的性能上了一個臺階孝速。TiCN可降低涂層的內(nèi)應力赛虽，提高涂層的韌性，增加涂層的厚度橱殉，阻止裂紋的擴散隧庐，減少刀具崩刃。將TiCN設置為涂層刀具的主耐磨層视甩，可顯著提高刀具的壽命士袜。TiAlN化學穩(wěn)定性好，抗氧化磨損电爹，加工高合金鋼蔫仙、不銹鋼、欽合金丐箩、鎳合金時摇邦，比TiN涂層刀具提高壽命3—4倍。在TiAlN涂層中如果有較高的Al濃度屎勘，在切削時涂層表面會生成一層很薄的非品態(tài)Al2O3施籍，形成一層硬質(zhì)惰性保護膜，該涂層刀具可更有效地用于高速切削加工概漱。摻氧的氮碳化鈦TiCNO具有很高的顯微硬度和化學穩(wěn)定性丑慎，可以產(chǎn)生相當于TiC+Al2O3復合涂層的作用。一些過渡金屬氮化物瓤摧、碳化物竿裂、硼化物以及它們的多元復合化合物，有的具有相當高的硬度照弥，這些材料都可以開發(fā)出來應用于涂層刀具腻异，將會使涂層刀具的性能有新的突破。

在上述硬質(zhì)薄膜材料中壳晨，顯微硬度HV能夠超過50GPa的有3種：金剛石薄膜铣修、立方氮化硼CBN、氮化碳β-C3N4意宝。這些為數(shù)不多的超高硬度薄膜材料的出現(xiàn)杭喊，為涂層刀具硬質(zhì)薄膜的發(fā)展開辟了十分稀少而昂貴的天然金剛石遠遠滿足不了現(xiàn)代工業(yè)的需要庵臼。20世紀50年代中期，美國通用汽車公司人工合成了金剛石逢棺，得到顆粒狀和粉末狀金剛石。由于顆粒狀金剛石加工困難筝驱，很難把它涂到刀具表面篱馅。機械行業(yè)常用的聚品金剛石刀片(PCD)也由于幾何形狀單一，無斷屑槽和合理的幾何參數(shù)耽炎，限制了其性能的發(fā)揮展嘲。70年代初采用低壓化學氣相沉積方法合成了金剛石薄膜，經(jīng)過20多年的技術(shù)攻關(guān)贱着，低壓氣相合成金剛石的技術(shù)終于有了重大突破曾探，研究金剛石成為世界性的熱門課題。

金剛石和石墨是同素異形體征字，金剛石品體是立方品系都弹，屬Fd3m空間群；而石墨是六角品系匙姜，屬R3m空間群畅厢。由于原子之間的鍵合方式不同，使其性能差異十分巨大氮昧。從熱力學的理論來看框杜，石墨比金剛石更穩(wěn)定。低壓氣相生長金剛石袖肥，在碳的相圖中咪辱，是在石墨為穩(wěn)態(tài)而金剛石為亞穩(wěn)態(tài)的區(qū)域中進行。然而椎组，由于兩相的化學勢十分接近油狂，兩相都能生成。低壓氣相合成金剛石的關(guān)鍵技術(shù)是抑制石墨相寸癌，促進金剛石相生長选调。常用的合成方法有熱絲法，等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)律愉，包括微波PCVD臭呀、電子回旋共振ECR—PCVD、直流和射頻PCVD等方法俘巡，直流和高頻電弧放電熱等離子體法等聊树。反應過程中輸入的能量(如射頻功率、微波功率等)变抛、反應氣體的激活狀態(tài)和最佳配比峦筏、沉積過程的成核模式等宏动，對于生成金剛石膜有決定性作用。襯底材料的晶型和點陣常數(shù)對金剛石膜成核生長影響很大蒂鹏，當金剛石相和石墨相在襯底上同時成核時斜孩，石墨相就會迅速生長。如果存在高濃度的原于氫就會對長出的石墨相起腐蝕作用而將石墨相除去艳禁，雖然它也能對金剛石相起腐蝕作用臀胞，但速度卻慢得多，從而達到抑制石墨相生長的目的叮廉。許多沉積金剛石薄膜的溫度要求為600℃-900℃蛋济，因此該技術(shù)常用于硬質(zhì)合金刀具表面沉積金剛石薄膜。

金剛石硬質(zhì)合金刀具的商品化炮叶，是近幾年涂層技術(shù)的重大成就碗旅。與人工合成金剛石薄膜相比，人工合成CBN薄膜的研究工作開展得較晚镜悉。BN有3種異構(gòu)體：①CBN立方品系閃鋅礦結(jié)構(gòu)祟辟，F(xiàn)43m空間群；②h—BN六方品系石墨結(jié)構(gòu)侣肄，P6/mmc空間群川尖；③w—BN六方品系纖鋅礦結(jié)構(gòu)，P63mc空間群茫孔。3種異構(gòu)體的性能差別很大叮喳，h—BN具有與石墨極為相似的結(jié)構(gòu)，質(zhì)地很軟缰贝。而w—BN和CBN中馍悟，B、N原子都要被此形成四配位結(jié)構(gòu)剩晴，它們都是超硬材料锣咒。用高溫高壓方法得到的CBN是顆粒狀晶體，最高顯微硬度可達84.3GPa砰声，CBN薄膜的最高顯微硬度為61.8GPa仆洞，其綜合性能并不亞于金剛石薄膜。CBN在硬度和導熱率方面僅次于金剛石沉南，熱穩(wěn)定性極好甘直，在大氣中加熱至1000℃也不發(fā)生氧化。CBN對于鐵族金屬具有極為穩(wěn)定的化學性能劣晾，與金剛石不宜加工鋼材不同呐蹂，它可以廣泛用于鋼鐵制品的精加工、研磨等莫诺。CBN涂層除具有優(yōu)良的耐磨損性能外伐种，還可以在相當高的切削速度下加工耐熱鋼些吨、鈦合金、淬火鋼啡罗，能切削高硬度的冷硬軋輥林葬、摻碳淬火材料和對刀具磨損非常嚴重的Si-Al合金等。低壓氣相合成CBN薄膜的方法主要有CVD和PVD法骤视。CVD包括化學輸運PCVD鞍爱，熱絲輔助加熱PCVD、ECR-CVD等尚胞；PVD則有反應離子束鍍硬霍、活性反應蒸鍍帜慢、激光蒸鍍離子束輔助沉積法等笼裳。

CBN的合成技術(shù)，在基礎研究和應用技術(shù)方面都還有不少工作要做粱玲，包括反應機制和成膜過程躬柬、等離子體診斷和質(zhì)譜分析、最佳工藝條件的確定抽减、高效率設備的開發(fā)等允青。

具有超硬涂層的刀具之所以磨損量小，是由于膜層超硬化合物的硬度高卵沉、熔點高颠锉、熱化學穩(wěn)定性優(yōu)良所致。超硬化合物多為過渡金屬的氮化物史汗、碳化物和硼化物所組成足贴。它們以強大的共價鍵結(jié)合，具有很低的標準生成自由能姥勤，構(gòu)成了十分穩(wěn)定的體系哮寨，在高溫下硬度也不顯著降低。這些膜層較之硬質(zhì)合金和高速鋼等刀具材料顯示出更高的耐機械磨損和耐熱磨損等方面的能力施俩。

鍍膜條件瞎遗、工藝參數(shù)、鍍前基體預處理等對于優(yōu)質(zhì)涂層的制取是非常重要的披蛔。刀具表面的狀態(tài)對涂層的附著力至關(guān)重要截纹，被鍍工件表面必須沒有其它膜層、燒斑幻役、銹斑挟七、油污或其它沾污。工件要經(jīng)過嚴格的噴砂和去油清洗妥析，在真空中生長硬質(zhì)膜前還要進行離子轟擊清洗相贺。

不同涂層材料的刀具轻欣，使用效果是不一樣的。低速切削肃弟，TiC涂層占有優(yōu)勢玷室；高速切削，TiN較合適笤受；HfN的熱化學穩(wěn)定性比TiN更高穷缤，適合于在更高的切削速度下工作。TiN和A1203涂層相比箩兽，高速切削時A1203涂層占有明顯優(yōu)勢津肛，而低速切削時TiN涂層刀具的使用壽命更長。

涂層刀具與未涂層刀具相比汗贫，具有顯著的優(yōu)越性：它可以提高加工效率身坐，提高加工精度，延長刀具使用壽命落包，從而保證加工件的質(zhì)量部蛇，降低加工成本。現(xiàn)代化的金屬切削加工咐蝇，對刀具的要求是高切削速度涯鲁、高進給速度、高可靠性法雄、長壽命用兵、高精度和良好的切削控制性。涂層刀具的出現(xiàn)白叫，使刀具切削性能有了重大突破晴顷，它將刀具基體與硬質(zhì)薄膜表層相結(jié)合，由于基體保持了良好的韌性和較高的強度跃渠，硬質(zhì)薄膜表層又具有高耐磨性和低摩擦系數(shù)订搏，從而使刀具的性能大大提高。

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