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切削刀具塗層技術的發展

二十世紀六十年代以來 ,cvd技術被廣泛應用於硬質合金可轉位刀具的表麵處理 。由於CVD工藝氣相沉積所需金屬源的製備相對容易 ,可實現Tin 、Tic 、TiCN 、Tibn 、Tib2 、Al2O3等單層及多元多層複合塗層的沉積 ,塗層與基體結合強度較高 ,薄膜厚度可達7~9μm ,因此到八十年代中後期 ,美國已有85%的硬質合金工具采用了表麵塗層處理 ,其中cvd塗層占到99% ;到九十年代中期 ,cvd塗層硬質合金刀片在塗層硬質合金刀具中仍占80%以上 。

盡管CVD塗層具有很好的耐磨性 ,但cvd工藝亦有其先天缺陷 :一是工藝處理溫度高 ,易造成刀具材料抗彎強度下降 ;二是薄膜內部呈拉應力狀態 ,易導致刀具使用時產生微裂紋 ;三是cvd工藝排放的廢氣 、廢液會造成較大環境汙染 ,與目前大力提倡的綠色製造觀念相抵觸 ,因此自九十年代中期以來 ,高溫CVD技術的發展和應用受到一定製約 。八十年代末 ,krupp.WIDIA開發的低溫化學氣相沉積(pcvd)技術達到了實用水平 ,其工藝處理溫度已降至450~650℃ ,有效抑製了η相的產生 ,可用於螺紋刀具 、銑刀 、模具的tin 、ticn 、tic等塗層 ,但迄今為止 ,pcvd工藝在刀具塗層領域的應用並不廣泛 。九十年代中期 ,中溫化學氣相沉積(mt-cvd)新技術的出現使cvd技術發生了革命性變革 。mt-cvd技術是以含c/n的有機物乙腈(ch3cn)作為主要反應氣體 、與ticl4 、H2 、N2在700~900℃下產生分解 、化學反應生成ticn的新工藝 。采用mt-cvd技術可獲得致密纖維狀結晶形態的塗層 ,塗層厚度可達8~10μm 。這種塗層結構具有極高的耐磨性 、抗熱震性及韌性 ,並可通過高溫化學氣相沉積(ht-cvd)工藝在刀片表麵沉積al2o3 、tin等抗高溫氧化性能好 、與被加工材料親和力孝自潤滑性能好的材料 。

mt-cvd塗層刀片適於在高速 、高溫 、大負荷 、幹式切削條件下使用 ,其壽命可比普通塗層刀片提高一倍左右 。目前 ,cvd(包括mt-cvd)技術主要用於硬質合金車削類刀具的表麵塗層 ,塗層刀具適用於中型 、重型切削的高速粗加工及半精加工 。采用CVD技術還可實現α-Al2O3塗層 ,這是pvd技術目前難以實現的 ,因此在幹式切削加工中 ,CVD塗層技術仍占有極為重要的地位 。最常用的塗層 :TiN ,塗層顏色為金黃色 ,適合於加工低合金鋼和不鏽鋼 ;TiCN(碳氮化鈦) ,塗層顏色為灰色 ,硬度比TiN要高 ,耐磨性更好 ,其進給速度和切削速度分別較TiN高出40%和60% ;TiAlN ,塗層為灰色或黑色 ,主要塗在硬質合金刀具基體表麵 。


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