國內(nèi)外切削刀具涂層技術(shù)發(fā)展綜述

引言涂層技術(shù)先進水平，有打算、按步驟地進展刀具涂層技術(shù)〔PVD技術(shù)對于提高我國切削刀具制造水平具有重要意義。2．國外刀具涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及進展趨勢〔CVD〕技術(shù)和物理氣相沉積〔PVD〕技術(shù)兩大類，分別評述如下。國外CVD技術(shù)的進展二十世紀六十年月以來，CVD技術(shù)被廣泛應用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具的外表處TiBN、TiB2、Al2O3等單層及多元多層復合涂層的沉積，涂層與基體結(jié)合強度CVD80%以上。盡管CVD涂層具有很好的耐磨性，但CVD工藝亦有其先天缺陷：一是工藝處與目前大力提倡的綠色制造觀念相抵觸，因此自九十年月中期以來，高溫CVD技術(shù)的進展和應用受到肯定制約。八十年月末，Krupp.Widia開發(fā)的低溫化學氣相沉積〔PCVD〕技術(shù)到達了有用水平，其工藝處理溫度已降至450～650℃，有效抑制了η相的產(chǎn)生，可用于螺紋刀具、銑刀、模具的TiN、TiCN、TiC等涂層，但迄今為止，PCVD工藝在刀具涂層領(lǐng)域的應用并不廣泛。九十年月中期，中溫化學氣相沉積〔MT-CVD〕技術(shù)的消滅使CVD技術(shù)發(fā)生了革命性變革MT-CVD技術(shù)是以含C/N的有機物乙腈〔CH3CN〕作為主要反響氣體、與TiCL4、H2、N2在700～900℃下產(chǎn)生分解化學反響生成TiCN的工藝承受MT-CVD技術(shù)可獲得致密纖維狀結(jié)晶形態(tài)的涂層，涂層厚度可達8～10μm。這種涂層構(gòu)造具有極高的耐磨性、抗熱震性及韌性，并可通過高溫化學氣相沉積〔 HT-CVD〕工藝在刀片外表沉積Al2O3、TiN等抗高溫氧化性能好、與被加工材料親和力小、自潤滑性能好的材包括MT-CVD〕技術(shù)主要用于硬質(zhì)合金車削類刀具的外表涂層涂層刀具適用于中型重型切削的高速粗加工及半精加工。承受CVD技術(shù)還可實現(xiàn)α-Al2O3涂層，這是PVD技術(shù)目前難以實現(xiàn)的，因此在干式切削加工中，CVD涂層技術(shù)仍占有極為重要的地位。PVD技術(shù)的進展PVD500℃以下，PVD工藝可大幅PVD60%。PVD〔試驗結(jié)果見表1；薄膜內(nèi)部應力狀態(tài)為壓應力，更適于對硬質(zhì)合金周密簡單刀具的涂層；PVD工藝對環(huán)境無不利影響，符合現(xiàn)代綠色制造的進展方向。隨著可轉(zhuǎn)位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。PVD涂層對硬質(zhì)合金材料抗彎強度的影響(MPa)-未涂層-涂層(300℃)-涂層(600℃)-涂層(700℃)M20－2109－2266－2129－2059M30－2285－2469－2370－1894PVD技術(shù)不僅提高了薄膜與刀具基體材料的結(jié)合強度，涂層成分也由第一TiNTiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx等〔TiN-AlN涂層〕PVD涂層刀具的性能有了突破。這種涂層與基體結(jié)合強度高，涂層膜硬度接近CBN，抗的刃口外形及精度，其周密加工質(zhì)量與未涂層刀具相比毫不遜色。2。2主要涂層工藝進展時段及應用領(lǐng)域時間－涂層成分－涂層方法－主要應用領(lǐng)域1968年－TiC、TiN－CVD－硬質(zhì)合金刀具、模具涂層1973年－TiCN、TiC+Al2O3－CVD－硬質(zhì)合金刀具、模具涂層1979年－TiN－PVD－高速鋼刀具涂層1982年－TiCN－MT-CVD－硬質(zhì)合金刀具涂層1984年－TiCN－PVD－硬質(zhì)合金、高速鋼銑刀、鉆頭類刀具涂層1986年－Diamond、CBN－CVD、PVD－硬質(zhì)合金刀具涂層1989年－TiAlN－PVD－硬質(zhì)合金銑刀類涂層〔用于鋼、鑄鐵加工〕1990年－TiN、TiCN、TiC－PCVD－模具、螺紋刀具、銑刀等1991年－TiAlN+CrC－PVD－車、銑削鈦合金〔CVD〕+TiN〔PVD〕－CVD+PVD－硬質(zhì)合金銑削類刀具1993年－CrN－PVD－鈦合金、銅合金加工1994年－MoS2－PVD－高速鋼簡單刀具涂層1995年－TiN-AlN－PVD－硬質(zhì)合金銑刀片涂層〔用于粗、半精加工〕1996年－CNx－CVD、PVD－高速鋼刀具涂層2023年－TiAlCN－PVD－硬質(zhì)合金刀片涂層PVD、MT-CVD工藝將成為主流技術(shù)。我國刀具涂層技術(shù)的現(xiàn)狀與進展趨勢技術(shù)的進展涂層技術(shù)，由于該項技術(shù)專用性較強，CVD刀具涂層技術(shù)的開發(fā)到達較為緩慢〔與國外爭論狀況類似D技術(shù)的研目標，工藝技術(shù)及設備將到達當前國際先進水平；我國PCVD技術(shù)的爭論始于九十年月初，PCVD工藝技術(shù)主要用于模具涂層，目前在切削刀具領(lǐng)域的應用還格外有限?？傮w而言，國內(nèi)CVD技術(shù)的總體進展水平與國際水平差距不大，待CVD涂層領(lǐng)域的整體水平將可與國際先進水平根本保持同步。PVD技術(shù)的進展PVD涂層技術(shù)的研發(fā)工作始于八十年月初期，至八十年月中期研制成功中TiN涂層工藝技術(shù)。在此期間，〔TiN涂層工藝為主。技術(shù)及設備的引進調(diào)動了國內(nèi)PVDPVD涂層設備。但由于多數(shù)設備性PVDPVD刀具涂TiN-TiCN-TiNPVD涂層技術(shù)仍落后十年左右。目前國外刀PVD涂層技術(shù)已進展到第四代，而國內(nèi)尚處于其次代水平，且仍以單層TiN涂層為主。PVD涂層技術(shù)進展的問題與對策問題分析PVD涂層技術(shù)的爭論和開發(fā)起步并不太晚，而且在進展也得到了快速進展，但該項技術(shù)真正廣泛應用于高速鋼刀具卻是在九十年月中TiCN涂層的爭論已取得突破，但國TiN涂層為主。分析其緣由，可歸納為以下幾點：PVD技術(shù)后續(xù)進展的影響PVD技術(shù)及裝備的集中引進雖然使我國進展該項技術(shù)有了一內(nèi)的刀具生產(chǎn)骨干企業(yè)〔其刀具產(chǎn)品的國內(nèi)市場占有率很高，這些先進涂層設備的引進在相當長一段時間內(nèi)已可滿足這些企業(yè)的生產(chǎn)要求，因此對國產(chǎn)PVDPVD設備在刀具制造PVD技術(shù)還處于進展初期，隨著PVD技術(shù)的最正確時期。對工藝的研發(fā)重視不夠PVDPVD技術(shù)尚處于進展PVD技術(shù)的企業(yè)偏重生產(chǎn)，對開發(fā)人〔BalzersTiN涂層工藝升級N0萬美元，因此影響了國內(nèi)涂層技術(shù)工藝和裝備的研發(fā)。國產(chǎn)設備開發(fā)缺乏統(tǒng)一性、合理性及協(xié)作性PVD刀具涂層市場過于PVD涂層設備的開發(fā)力度，但由于缺乏對切削工藝及刀具其它行業(yè)〔如裝飾涂層等。4〕售后效勞欠缺制約了國產(chǎn)涂層設備的推廣應用〔包括前處理工藝、涂層工藝、涂后處理工藝、檢測技術(shù)、涂層刀具應用技術(shù)等，PVD涂層設備的推廣應用。涂層質(zhì)量不穩(wěn)定制約了涂層技術(shù)的推廣應用引進設備的昂揚本錢導致涂層價格居高不下，涂層費用甚至可超過刀具價格的改善不明顯的不良印象，嚴峻影響了刀具涂層技術(shù)的推廣應用和快速進展。國內(nèi)機械加工水平不高制約了涂層技術(shù)的快速進展80%可轉(zhuǎn)位刀片以車削類刀具為主〔D涂層，整體硬質(zhì)合金立銑刀、PVD硬質(zhì)合金刀具涂層的要求并不格外迫切，這在肯定程度上也影響了涂層技術(shù)的進一步進展。對策建議干式切削工藝的應用對刀具涂層技術(shù)提出了更高要求。以齒輪高速滾削加工為軟涂層技術(shù)，與TiN涂層相比，使用壽命可提高一倍以上在高速銑削加工中硬質(zhì)合金銑削類刀具多項選擇用TiAlNTiAlCN 或?qū)訂我坏腡iN涂層已不適合此類加工市場的需求迫使國內(nèi)必需加速PVD技術(shù)的爭論和開發(fā)PVD涂層技