在市場無國界化和國際產(chǎn)品低價(jià)格化競爭的形勢下，在生產(chǎn)基地向國外轉(zhuǎn)移及國內(nèi)生產(chǎn)與同行業(yè)其他公司聯(lián)合起來強(qiáng)化競爭力的嚴(yán)峻經(jīng)濟(jì)環(huán)境中袜簇，一種以強(qiáng)化競爭力而興起的產(chǎn)品低成本化的潮流热阁，正以強(qiáng)勁的勢頭迅速發(fā)展。與此同時(shí)吹毫，由于產(chǎn)品高性能化要求及實(shí)施以ISO14000國際標(biāo)準(zhǔn)為代表的環(huán)境保護(hù)的要求线满，又給產(chǎn)品增加了許多提高成本的因素。如在金屬切削加工領(lǐng)域龟卷，由于市場需求給金屬切削加工提出了更高的要求：①解決高硬度同诫、難加工材料的切削加工；②采用高速切削加工技術(shù)樟澜；③要求切削刀具長壽命化误窖；④實(shí)現(xiàn)加工產(chǎn)品的高精度化；⑤采用干式秩贰、半干式切削加工霹俺，保護(hù)環(huán)境及操作者的健康。這些切削加工要求必將給金屬切削加工刀具帶來提高成本的諸多因素毒费。這對刀具制造廠商來說丙唧，即面臨進(jìn)一步提高刀具制造技術(shù)水平、提高刀具性能及質(zhì)量觅玻、降低刀具制造成本的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)想际，也面臨著發(fā)展的良好機(jī)遇。

　　各刀具制造廠商積極迎接挑戰(zhàn)溪厘，不失時(shí)機(jī)地抓住機(jī)遇胡本，一方面將生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移至國外，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本和降低運(yùn)輸量用及增強(qiáng)競爭力的目的桩匪，與此同時(shí)琉枚，還積極開展提高切削刀具材料的等級(高速鋼刀具材料的粉末高速鋼化、硬質(zhì)合金化冶侮、硬質(zhì)合金超細(xì)微粮牵化等)、改進(jìn)刀具幾何結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)们萄、新硬質(zhì)涂層材料及涂覆技術(shù)的開發(fā)措铸、切削條件的優(yōu)化等開發(fā)及應(yīng)用工作芬阀。

　　涂有硬質(zhì)涂層的產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能，但在苛刻的使用條件下废含，由于涂層的磨損讽渐、剝落及其基體的損傷，使其不能繼續(xù)使用锰玩。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品低成本化和滿足環(huán)境保護(hù)的要求揭斥，日本涂層中心研究開發(fā)出硬質(zhì)材料重涂技術(shù)，所重涂的切削刀具性能可達(dá)到大體相當(dāng)于新硬質(zhì)涂層的刀具的水平辣胚。重涂技術(shù)具有下列優(yōu)點(diǎn)：①能有效地利用資源和保護(hù)環(huán)境眶衙；②可實(shí)現(xiàn)低成本化；③保持原新涂層的性能柠横。該技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景窃款。

　　日本涂層中心在神奈川縣大和市和愛知縣一宮市各有一個涂層基地，在為新刀具牍氛、模具及機(jī)構(gòu)零件提供成套硬質(zhì)涂層涂覆技術(shù)及成套涂層設(shè)備的同時(shí)晨继，還積極開展了以金屬切削刀具為主的硬質(zhì)材料重涂技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用的研究，取得了一定的進(jìn)展搬俊。下面介紹該涂層中心開展表面改性技術(shù)和與重涂技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例紊扬。

硬質(zhì)涂層涂覆及其它表面改性處理裝置

　　優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)涂層的涂覆方法主要有兩大類：PVD法和CVD法。下面介紹日本涂層中心正在使用的主要涂覆方法和新的原子團(tuán)氮化表面改性處理方法悠抹。

1. PVD(離子鍍)法

　　PVD法中有真空涂覆珠月、離子濺射涂覆和離子鍍?nèi)N方法，其中離子鍍在工業(yè)上應(yīng)用最廣楔敌。

1.1 陰極電弧離子涂覆

　　陰極電弧離子涂覆是利用真空電弧放電，直接使蒸發(fā)源表面金屬汽化形成等離子進(jìn)行涂覆驻谆。就是在真空容器內(nèi)使蒸發(fā)源最外表面產(chǎn)生電弧放電卵凑，靠蒸發(fā)源金屬熔化蒸發(fā)而產(chǎn)生金屬離子和電子，并在蒸發(fā)源附近形成帶正電位的金屬等離子氣氛胜臊。由于被涂覆件加上了負(fù)電壓淋话，金屬等離子被吸到被涂件，此時(shí)的反應(yīng)氣體由于直流輝光放電及金屬等離子的轟擊而被離子化筝便，金屬等離子和反應(yīng)氣離子發(fā)生反應(yīng)就在被涂件表面上沉積一種物質(zhì)——硬質(zhì)涂層性里。

　　該方法的特點(diǎn)是，由于能直接使蒸發(fā)源金屬熔化蒸發(fā)匆力，所以在真空容器中可以安裝多個蒸發(fā)源谨冷，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)合涂覆形成涂層。這種方法涂覆溫度低龟些，適于大型件的涂覆档葱。

1.2 空心陰極離子涂覆

　　空心陰極離子涂覆法的原理是卤诗，在圓筒形真空容器內(nèi)中央的下方，裝上做正極的坩堝凸脚，將用作涂層材料的金屬裝入坩堝內(nèi)事晶，在坩堝上方配置有等離子電子槍，靠等離子電子槍發(fā)射的電子轟擊坩堝中的涂層材料裂更，使其熔化蒸發(fā)而形成金屬蒸汽峰裁，此蒸汽和反應(yīng)氣體受到電子槍發(fā)射電子的轟擊而形成失去電子的正離子，這些正離子在電子槍和坩堝之間變成等離子狀態(tài)检柬。在等離子周圍的被涂件上加工負(fù)電壓献联，靠正負(fù)極的電位差產(chǎn)生的高能量使金屬離子和反應(yīng)氣離子在被涂件表面產(chǎn)生轟動反應(yīng)，從而在被涂件表面沉積上硬質(zhì)涂層厕吉〗垂蹋空心陰極離子涂覆通常是將被涂件加熱到400～500℃進(jìn)行涂覆，此方法的最大特點(diǎn)是可在低溫條件下獲得優(yōu)良的涂層头朱。

2. DLC涂覆方法

　　DLC涂覆法有很多运悲，而采用以碳?xì)錃庾髟牧系母哳l等離子CVD法和離子涂覆法相結(jié)合的DLC法為最多。離子涂覆法是利用鎢燈絲產(chǎn)生的熱電子分解離化原料氣项钮，并利用偏壓的電位差進(jìn)行涂覆的方法班眯。該方法使用的原料氣體不是甲烷(CH4)，而是苯烁巫，在獲得的涂層中氫的含量比等離子CVD法要少署隘，可獲得硬度高的涂層。

3. CVD法

　　高溫CVD法是在較低的溫度下亚隙，以高蒸發(fā)壓力的氯磁餐、氟元素為主，與鹵族元素的金屬化合物汽化后輸入反應(yīng)爐內(nèi)掰砌，同時(shí)輸反應(yīng)氣體瞪殖，在被加熱到900～1000℃高溫的被涂件表面，使其產(chǎn)生熱化學(xué)反應(yīng)学岔，在被涂件表面上析出并涂上所要求的硬質(zhì)涂層咪朴。這種涂覆方法的特點(diǎn)是，涂層和基體間的粘結(jié)力強(qiáng)师赂，涂層能承受高壓蘑瓢；涂層是化學(xué)反應(yīng)生成，所以可涂復(fù)雜形狀的產(chǎn)品和有小孔的產(chǎn)品镶悟，繞涂性優(yōu)良梦铭。由于是高溫涂覆，所以對于公差要求較嚴(yán)格的產(chǎn)品，應(yīng)注意對其尺寸變化的影響仙商。

4. 原子團(tuán)氮化法

　　最近市場上推出一種新的原子團(tuán)氮化表面改性處理方法引起人們的關(guān)注砚凳。這種方法是對高合金鋼等產(chǎn)品進(jìn)行氮化處理的方法。在通常的等離子(離子)氮化處理中钞钙，把被氮化處理件做陰極鳄橘，使其產(chǎn)生直流輝光放電等離子，靠離子轟擊時(shí)的撞擊能量進(jìn)行被氮化處理件的加熱起氮化反應(yīng)芒炼√绷考慮到因轟擊而使表面粗糙度變差及促進(jìn)化合物層的形成，在離子濃度低的等離子中本刽，有效地利用氮?dú)獾母叻磻?yīng)性鲸湃，高效地形成原子團(tuán)(NH等)的等離子狀態(tài)。因此子寓，靠這種等離子狀態(tài)在高合金鋼只形成擴(kuò)散層暗挑。與過去的氮化方法相比，原子團(tuán)氮化法由于能抑制表面粗糙度變差及化合物層的形成斜友，氮化處理后不經(jīng)研磨即可使用炸裆。本方法是用于強(qiáng)化涂層基本的最佳復(fù)合處理的方法，可進(jìn)一步提高硬質(zhì)涂層的效果鲜屏。日本涂層中心正積極地向市場提供技術(shù)和產(chǎn)品烹看。

硬質(zhì)涂層的特性

下表列出了用離子鍍(離子涂覆)法獲得的有代表性涂層的特性。

表 硬質(zhì)涂層的種類及其特性

涂層種類	顏色	硬度(HV)	摩擦系數(shù)	涂層厚度(μm)	耐磨性	耐腐蝕性	抗氧化性	抗損傷性
TiN	金色	2000～2500	0.30～0.45	1.0～4.0	較好	較好	較好	較好
TiCN1	紅紫色	3000左右	0.10～0.15	1.0～4.0	最好	差	差	較好
TiCN2	灰色	3000～3500	0.10～0.15	1.0～4.0	最好	差	差	較好
TiAlN1	紅黑色	2300～2800	0.30～0.40	1.0～4.0	最好	較好	最好	較好
TiAlN2	紅黑色	2300～2800	0.30～0.40	1.0～4.0	最好	較好	最好	較好
CrN	銀白色	2000～2200	0.25～0.35	1.0～10	最好	最好	最好	最好
ZrN	白金色	2000～2200	0.30～0.45	1.0～4.0	較好	較好	差	差
ACT(Cr+TiN)	金色	2000～2500	0.30～0.45	1.0～4.0	較好	最好	較好	較好
ACC(Cr+CrN)	銀白色	2000～2200	0.25～0.35	1.0～10	最好	最好	最好	最好
Al2O3	透明	1000左右	0.25～0.35	1.0～4.0	較好	較好	最好	差
DLC	黑色	2500～4500	0.10	0.5～1.5	最好	差	差	最好

重涂技術(shù)的有效使用方法

　　為提高對已用過的涂層產(chǎn)品的利用率洛史，目前廣泛采用重涂技術(shù)郭宪。可采用重涂技術(shù)的產(chǎn)品有：維護(hù)保養(yǎng)較難的機(jī)械零件枕详、想延長更換周期的夾具息扶、切削刀具及環(huán)保用品等。這些產(chǎn)品經(jīng)重涂后弹扩，可獲得和新涂層產(chǎn)品相當(dāng)?shù)男阅艽持恰５皇撬械闹赝慨a(chǎn)品都能達(dá)到這樣的效果。所以必須做好重涂前的技術(shù)準(zhǔn)備工作蹬寸。

1. 重涂前的技術(shù)準(zhǔn)備

　　硬質(zhì)涂層產(chǎn)品由于使用過長，致使涂層磨損而不能繼續(xù)使用時(shí)财军，可進(jìn)行重涂广柴。重涂前，應(yīng)進(jìn)行涂層剝離處理欧移，之后進(jìn)行重磨才嘀、研磨，使其盡量恢復(fù)到起初時(shí)的形狀后方可重涂。此時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)跋炕。

1) 重磨次數(shù)

　　硬質(zhì)涂層由于磨損等原因而喪失其性能時(shí)赖晶，如果硬質(zhì)涂層產(chǎn)品是切削刀具，則可采用重磨刃部使其接近新涂層的刀具的狀態(tài)辐烂，但切削刃形狀特殊遏插，就很難用重磨來復(fù)原；就成本而言纠修，如果重磨和重涂的費(fèi)用比新購價(jià)格便宜胳嘲，并能達(dá)到相當(dāng)?shù)男阅埽涂傻玫嚼硐氲某杀究鄄荩浑S著重磨次數(shù)的增加了牛，尺寸必然發(fā)生變化，前刀面和后刀面的角度也將發(fā)生微妙的變化辰妙，逐漸地就不具備初始時(shí)期的性能鹰祸。因此，必須弄清重磨多少次才能保持重磨和重涂所獲得的理想成本密浑。也有重磨后不重涂再使用的實(shí)例蛙婴，這種情況雖然不增加重涂費(fèi)用，但有一點(diǎn)是肯定的膀概，那就是使用一次的磨損量要增大疤草，其重磨次數(shù)就會減少，所以要綜合考慮哪一種辦法合算度限。

2) 剝離現(xiàn)存涂層和再處理技術(shù)

　　日本涂層中心正在從事以重涂為目的的現(xiàn)存涂層的剝離處理孩板。用化學(xué)和電化學(xué)的工藝能夠?qū)崿F(xiàn)通常的硬質(zhì)涂層、DLC涂層等的剝離浙梗。關(guān)于重涂后的性能蛆删，靠剝離處理除去現(xiàn)存的涂層，然后進(jìn)行重涂务冠，效果較好捅悦。在硬質(zhì)涂層的剝離處理中，一般涂層鋼件的剝離處理沒有問題丈揖，但涂層硬質(zhì)合金(W目露、Co類)產(chǎn)品現(xiàn)存涂層的剝離，其中的Co易被刻蝕掉旁咙，因此剝離時(shí)惯波，必須充分考慮到這一點(diǎn)。在現(xiàn)存涂層殘留狀態(tài)下進(jìn)行重涂的實(shí)例也很多椿疗。硬質(zhì)合金產(chǎn)品的DLC涂層的剝離也沒有問題漏峰。

　　目前糠悼，涂層硬質(zhì)合金切削刀具重涂的現(xiàn)狀是，不再進(jìn)行涂層剝離處理浅乔，只需將要重涂的部分進(jìn)行重磨倔喂，露出基體，然后進(jìn)行重涂處理靖苇。在模具方面席噩，要加強(qiáng)表面磨損、拉傷前的模具管理顾复，采用涂層剝離和重涂或在重涂前進(jìn)行拋光處理班挖，以確保模具的長期使用。

3) 表面性狀

　　在進(jìn)行硬質(zhì)涂覆時(shí)芯砸，被涂產(chǎn)品的表面性狀是非常重要的萧芙。特別是重涂時(shí)，由于使用而導(dǎo)致磨損等的形狀變化假丧，產(chǎn)生了表面粗糙双揪、形成氧化膜及金屬疲勞等問題，在重磨和研磨中需改善和去除而恢復(fù)原來的狀態(tài)幢耍。特別是金屬疲勞链愉，用肉眼很難判斷。涂覆時(shí)的加熱忿和，其應(yīng)力被釋放會給硬質(zhì)涂層帶來不良影響拦吓。

　　為防止這種不良影響，在加工完后渤惦，要進(jìn)行釋放應(yīng)力的熱處理子敷，如果是重涂產(chǎn)品，在涂層剝離后舵邦，采取將表面磨去幾微米甚至更厚一點(diǎn)的辦法任团。

2. 應(yīng)用實(shí)例

1) 金屬切削刀具

　　用無涂層硬質(zhì)合金立銑刀、涂層硬質(zhì)合金立銑刀和重涂硬質(zhì)合金立銑刀在一定切削條件下加工模具鋼(SKD11村参，HRC15)時(shí)穷抹，由切削長度的比較可知，涂層硬質(zhì)合金立銑刀使用壽命是無涂層硬質(zhì)立銑刀的2倍以上梳附，重磨重涂硬質(zhì)合金立銑刀的使用壽命約為涂層硬質(zhì)合金立銑刀的90%获印。無涂層、新涂層和重涂硬質(zhì)合金立銑刀在一定切削條件下加工模具鋼(SKD11街州，HRC60)達(dá)到8米長時(shí)蓬豁，由刀具磨損量的比較可知，無涂層硬質(zhì)合金立銑刀的磨損量是新涂層硬質(zhì)合金立銑刀的3倍菇肃；重涂硬質(zhì)合金立銑刀的耐磨性是新涂層硬質(zhì)合金立銑刀的80%以上。上述實(shí)例表明，要想延長刀具的使用壽命琐谤，達(dá)到反復(fù)使用的目的蟆技，應(yīng)對涂層刀具實(shí)施重涂處理。

2) 模具

　　對比無涂層拉深模(材料相當(dāng)于SKD11)斗忌、CrN涂層拉深模质礼、重涂CrN拉深模及RN+重涂CrN拉深模的使用壽命(拉深件材料為普通鋼)可知，硬質(zhì)涂層拉深模的使用壽命明顯優(yōu)于無涂層拉深模织阳，RN+重涂的拉深模的壽命能達(dá)到CrN涂層拉深模的水平眶蕉。為了消除拉深模表面的金屬疲勞，重磨后進(jìn)行反復(fù)重涂使用唧躲。但由于模具基體表面硬度下降而導(dǎo)致壽命降低造挽，所以在重涂前，如果對拉深模進(jìn)行原子團(tuán)氮化處理乱孩，之后再重涂憨净，則可獲得與新涂層拉深模相同的使用壽命。

　　在提高生產(chǎn)率菲组、產(chǎn)品低成本化啰昧、使用條件超苛刻化及強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)的形勢下，硬質(zhì)涂層產(chǎn)品的需求正日益擴(kuò)大庭匆“构耍可以預(yù)料，與比相關(guān)的重涂技術(shù)的適用范圍也必將日益擴(kuò)大渗骆。重涂產(chǎn)品的性能可以達(dá)到與新涂層產(chǎn)品大體相當(dāng)?shù)男阅苷胧瘛Ｒ霛M足市場不斷發(fā)展的需求，重涂技術(shù)中還有許多課題有待進(jìn)一步研究纲析，并積極地推廣應(yīng)用猩刁。如新涂層產(chǎn)品使用后形狀發(fā)生了變化(如復(fù)原)，清除涂層基體表面的污染物农浓、氧化物新蟆，消除金屬疲勞、降低表面粗糙度等右蕊；剝離殘存涂層時(shí)使涂層基體保持不變的剝離技術(shù)琼稻；重涂技術(shù)及其裝備的進(jìn)一步革新、新涂層產(chǎn)品價(jià)格饶囚、性能對比相關(guān)的技術(shù)以及降低重涂成本等都有待進(jìn)一步研究帕翻。