涂层刀具的应用与作用
刀具涂层技术介绍
刀具涂层技术介绍刀具涂层技术是一种在刀具表面涂覆一层特殊材料的技术，旨在提高刀具的硬度、耐磨性、热稳定性和化学稳定性等性能。
刀具涂层技术的发展与高速切削、高效加工和先进制造技术的进步密切相关。
本文将对刀具涂层技术的原理、种类以及应用进行介绍。
1.碳化物涂层：如碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)等。
这些涂层具有极高的硬度和耐磨性，适用于高速切削和重载切削。
2.氮化物涂层：如氮化钨(WN)、氮化钛(TiN)、氮化铝(AlN)等。
这些涂层具有较高的硬度和化学稳定性，广泛应用于切削、修磨和打孔等工艺。
3.金属涂层：如钛合金(TiAlN)、氧化锆(ZrO2)等。
这些涂层具有较高的热稳定性和抗氧化性能，适用于高温切削和挤压。
4.金刚石涂层：金刚石涂层具有超高硬度和低摩擦系数，能够有效提高刀具的寿命和切削质量。
但由于金刚石涂层的制备技术复杂和成本较高，目前还处于实验阶段。
1.金属切削：刀具涂层技术在金属切削领域得到广泛应用，可以提高切削效率和工件表面质量。
例如，在高速铣削中，采用碳化钛涂层的刀具可以显著提高切削速度和切削质量。
2.木材加工：刀具涂层技术在木材加工领域也有一定的应用。
通过涂覆特殊涂层，可以延长刀具的使用寿命，并提高加工效率。
例如，在木材切削中，采用氮化钛涂层的刀具可有效降低磨损和摩擦。
3.非金属材料加工：刀具涂层技术在陶瓷、塑料、复合材料等非金属材料加工领域也得到了广泛应用。
通过涂层技术，可以改善切削表面的光洁度，并提高工件的精度和质量。
4.汽车零部件加工：在汽车零部件加工领域，刀具涂层技术可以有效提高零部件的加工精度和耐用性，适用于发动机气门、曲轴、轴承等零部件的加工。
刀具涂层技术的发展为现代制造业带来了巨大的效益。
随着材料科学、纳米技术和涂层技术的进一步发展，刀具涂层技术的性能和应用范围将会不断扩大。
预计未来刀具涂层技术将更加智能化和环保化，能够实现刀具表面的自动修复和自动调节。
这将进一步提高切削效率和加工质量，推动现代制造业的发展。
刀具选择正确的涂层
刀具选择正确的涂层涂层也有助于提高刀具的切削性能。
目前的涂层技术包括：（1）氮化钛（TiN）涂层：这是一种通用型PVD和CVD涂层，可以提高刀具的硬度和氧化温度。
（2）碳氮化钛（TiCN）涂层：通过在TiN中添加碳元素，提高了涂层的硬度和表面光洁度。
（3）氮铝钛（TiAlN）和氮钛铝（AlTiN）涂层：氧化铝（Al2O3）层与这些涂层的复合应用可以提高高温切削加工的刀具寿命。
氧化铝涂层尤其适合干式切削和近干切削。
AlTiN涂层的铝含量较高，与钛含量较高的TiAlN涂层相比，具有更高的表面硬度。
AlTiN涂层通常用于高速切削加工。
（4）氮化铬（CrN）涂层：这种涂层具有较好的抗粘结性能，是对抗积屑瘤的＊＊解决方案。
（5）石涂层：石涂层可以显着提高加工非铁族材料刀具的切削性能，非常适合加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金和其他高磨蚀性材料。
但石涂层不适合加工钢件，因为它与钢的化学反应会破坏涂层与基体的粘附性能。
近年来，PVD涂层刀具的有所扩大，其价格也与CVD涂层刀具不相上下。
CVD涂层的厚度通常为5－15μm，而PVD涂层的厚度约为2－6μm。
在涂覆到刀具基体上时，CVD涂层会产生不受欢迎的拉应力；而PVD涂层则有助于对基体形成有益的压应力。
较厚的CVD涂层通常会显着降低刀具切削刃的强度。
因此，CVD涂层不能用于要求切削刃非常锋利的刀具。
在涂层工艺中采用新的合金元素可以改善涂层的粘附性和涂层性能。
例如，伊斯卡公司的3PSumoTec处理技术能提高PVD和CVD 两类涂层的韧性、光滑程度和抗崩刃性能。
同样，该工艺还能消除PVD涂层时在涂层表面产生的有害液滴，从而使涂层表面更光滑，使刀片在加工时切削温度更低、寿命更长、形成更理想的切屑流，以及能采用更高的切削速度。
复合涂层具有很好的耐磨性和抗崩刃性，非常适合用于高速切削铸铁的各种刀片牌号，其预期的切削速度可达到650－1200sfm以上（取决于工件材料的类型和加工条件）。
刀具涂层的种类及作用介绍【汇总】
刀具涂层的种类及作用介绍内容来源网络，由深圳机械展收集整理！更多数控刀具技术展示，就在深圳机械展-刀具展区！刀具涂层的种类1氮化钛涂层(TiN)TiN是一种通用型PVD涂层，是工艺最成熟和应用最广泛的硬质涂层材料,可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度，适用于高速钢切削刀具或成形工具，改善其加工性能。
2氮化铬涂层(CrN)CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。
涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。
3金刚石涂层(Diamond)CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供最佳性能，是加工石墨、金属基复合材料(MMC)、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想涂层。
适用于硬铣、攻丝和钻削加工的涂层各不相同，分别有其特定的使用场合。
此外，还可以采用多层涂层，此类涂层在表层与刀具基体之间还嵌入了其它涂层，可以进一步提高刀具的使用寿命。
4氮碳化钛涂层(TiCN)TiCN涂层中添加的碳元素可提高刀具硬度并获得更好的表面润滑性，是高速钢刀具的理想涂层。
可增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩展，减少崩刃。
所以，目前生产的一些刀片，如瑞典Sandvik公司推荐用于加工钢料的GC4000系列刀片、中国株洲硬质合金厂生产的CN系列刀片、日本东芝公司的T715X 和T725X涂层刀片中均有TiCN涂层成份。
TiCN基涂层适于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料，用它加工工件时的材料切除率可提高2~3倍。
株硬--FMA11系列面铣刀5氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。
主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。
根据涂层中所含铝和钛的比例不同，AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度，因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。
例如，美国Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN涂层，是专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。
刀具涂层技术的应用
刀具涂层技术的应用自20世纪60年代化学气相沉积（CVD）涂层硬质合金刀片问世发来，涂层技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。
而20世纪80年代初，TiN物理气相沉积（PVD）涂层高速钢刀具的出现，以使高速钢刀具的性能发生了革命性的变革。
由于涂层技术可有效提高切削刀具的使用寿命，使用刀具获得优良的综合机械性能，大幅度地提高机械加工效率，因此涂层技术已经在切削刀具提高性能的工艺中得到极为广泛的应用于。
刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积（CVD）技术和物理气相沉积（PVD）技术两大类，本文拟从这两方面分别介绍国内外刀具涂层技术的应用情况。
1、刀具涂层技术的应用（1）CVD涂层技术的应用CVD是使挥发性化合气体发生分解或化学反应，并在被镀工件上形成沉积成膜的方法。
在CVD工艺中，气相沉积所需金属源的制备相对容易，可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、AL2O3等单层及多元多层复合涂层。
CVD涂层镀层密实，涂层与基体结合强度高，附着力强，均匀性好，形状复杂的工件也可得到合金副的镀层，薄膜厚度可达5—12微米，因此CVD涂层具有更好的耐磨性。
但其工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度的下降，薄膜内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生，因此只适合于硬质合金车削类刀具的表面涂层，其涂层刀具适合于中型、重型切削的高速加工及半精加工。
自1968年第一批CVD涂层硬质合金刀具问世至今，该涂层技术已发展了近35年。
在这35年间，CVD涂层技术从单一成份发展到多种成份、从单一膜层发展到多元多膜层，经过大量的试验，完成了批量大规模的工业化生产。
如今，CVD涂层硬质合金在涂层硬质合金刀具中占到了80%以上的份额，CVD涂层技术已广泛应用于各类硬质合金刀具。
其涂层工艺的主要发展阶段及应用领域见下表：1968——TiN、TiN——方法CVD——硬质合金刀具、模具涂层1973——TiCN、TiC+AL2O3——CVD ——硬质合金刀具、模具涂层1981——TiC+AL2O3+TiN、AL-O-N——CVD——硬质合金涂层1982——TiCN——MT-CVD——硬质合金刀具涂层1986——Diamond、CBN——CVD、PVD——硬质合金刀具涂层1990——TiN、TiCN、TiC——PCVD——模具、螺纹刀具、铣刀等1993——TiN+TiCN（CVD）+TiN（PVD）——CVD+PVD——硬质合金铣削类刀具涂层1993——厚膜纤维状TiCN——MT-CVD——硬质合金车削类刀具涂层（用于粗、半精加工）从上表可以发现，CVD涂层技术主要用于硬质合金类各种切削刀具。
涂层刀具及其合理使用
涂层刀具及其合理使用(二)纳米结构日本日立工具公司推出的GM20、GM25多层厚膜涂层刀片，它是在比普通CVD涂层稍低温度条件下(约800℃~900℃)进行的，以形成耐磨性很高的柱状结晶，为了提高刀片的抗粘附性，再在刀具表面上涂覆一层Al2O3膜。
据称，这种镀膜的厚度大，韧性高，与基体结合紧密，抗崩刃性好，尤其适于断续切削的工作，刀具寿命可比一般涂层刀片高1.5~2倍以上。
美国Kennametal Hertel公司在KC9315型刀片上涂有16µm厚的厚涂层，这种刀片特别适于加工高强度铸铁(如球墨铸铁和蠕墨铸铁)，切削速度可达400m/min，并可在干切削和断续切削条件下使用。
该刀片涂层总共有三层：氧化铝(Al2O3)、碳氮化钛(TiCN)和氮化钛(TiN)。
目前，金刚石薄膜涂层刀具的应用已进入实用阶段。
它是在硬质合金基体(常用K类合金)上采用CVD法沉积一层由多晶组成的膜状金刚石而成，常称CVD金刚石刀具(简称CD刀具)。
因基体易于制成复杂形状，故适用于几何形状复杂的刀具。
美国和日本都相继推出了金刚石涂层的丝锥、钻头、立铣刀和带断屑槽可转位刀片(如Sandvik公司的CD1810和美国Kennametal公司的KCD25)等产品，用于有色金属和非金属材料的高速精密加工，刀具寿命比未涂层的硬质合金刀具提高近十倍、甚至几十倍。
而另一种适于加工钢铁材料的CBN 涂层亦已开发成功，并正在走向工业试用阶段。
前几年，武汉大学研制出一种C3N4薄膜，膜的硬度接近超硬材料，用其涂覆在高速钢钻头上，可使钻头寿命大大提高。
此外，美国一家涂层公司使用热阴极蒸发技术把碳蒸发沉积到高速钢刀具表面上，获得结合得很好的类金刚石碳涂层(DLC)。
类金刚石是非晶体，但它有很多金刚石相似的性能，如高的抗压强度与硬度、低的摩擦因数和好的耐蚀性等，类金刚石刀具的问世，为涂层刀具的应用展现了一个新的前景。
除上述各种硬质涂层材料外，还开发了MoS2基的软涂层材料及WC/C“中硬”型滑性涂层材料。
刀具涂层技术
刀具涂层技术一、概述刀具涂层技术是一种将刀具表面涂上一层特殊材料的技术，目的是提高切削性能、延长使用寿命和降低生产成本。
随着制造业的发展，刀具涂层技术已经成为了现代制造业中不可或缺的重要技术之一。
二、刀具涂层的分类根据不同的涂层材料和工艺，刀具涂层可以分为以下几类：1.物理气相沉积（PVD）：是利用真空蒸发、离子镀等方法，在刀具表面形成一层硬质化合物薄膜。
常用的PVD涂层有TiN、TiCN、AlTiN等。
2.化学气相沉积（CVD）：是利用化学反应在高温下将气态物质沉积在刀具表面形成一层质量优良的陶瓷薄膜。
常用的CVD涂层有TiC、TiCN、Al2O3等。
3.离子注入（IBAD）：是将金属离子注入到刀具表面形成一定深度的硬化区域，增强其耐磨性和抗热性能。
三、刀具涂层的优势1.提高切削速度：由于涂层具有高硬度、低摩擦系数和良好的耐热性能，使得刀具可以承受更高的切削速度，从而提高生产效率。
2.延长使用寿命：涂层可以有效地保护刀具表面不被磨损和氧化，延长其使用寿命。
3.降低生产成本：由于涂层可以延长刀具的使用寿命，减少了更换刀具的次数，降低了生产成本。
4.提高加工质量：由于涂层可以减少表面粗糙度和毛刺，提高加工质量。
四、选择合适的涂层在选择合适的涂层时，需要考虑以下几个因素：1.加工材料：不同材料需要不同类型的涂层。
例如，钢材需要TiN或TiCN等PVD涂层；铸铁需要Al2O3等CVD涂层。
2.加工条件：不同加工条件需要不同类型的涂层。
例如，高速加工需要AlTiN等PVD涂层；重负荷加工需要TiC等CVD涂层。
3.加工要求：不同的加工要求需要不同类型的涂层。
例如，高精度加工需要Al2O3等CVD涂层；高温加工需要ZrN等PVD涂层。
五、刀具涂层的应用刀具涂层技术已经广泛应用于各种行业，如机械制造、汽车制造、航空航天、医疗器械等。
其中，高速钢刀具、硬质合金刀具和陶瓷刀具是最常见的应用对象。
六、总结刀具涂层技术作为现代制造业中不可或缺的重要技术之一，已经成为了提高生产效率、降低生产成本和提高产品质量的重要手段。
机械制造中的机械加工刀具涂层技术
机械制造中的机械加工刀具涂层技术机械加工刀具是机械制造过程中不可或缺的工具。
然而，刀具在使用过程中会面临磨损、腐蚀和高温等问题。
为了提高刀具的使用寿命和效率，机械制造中广泛应用了机械加工刀具涂层技术。
本文将介绍机械加工刀具涂层技术的原理和应用。
一、机械加工刀具涂层技术概述机械加工刀具涂层技术是将一层或多层涂层覆盖在刀具表面，以提高刀具的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
涂层的主要成分可以是金属、陶瓷或者其他复合材料，常见的涂层方法包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。
二、机械加工刀具涂层技术的原理1. 增加刀具硬度：刀具涂层可以增加刀具的硬度，提高切削、钻削和铣削等加工效率。
通过选择合适的涂层材料和工艺参数，可以使刀具表面形成高硬度的涂层层，有效延长刀具使用寿命。
2. 提高刀具耐磨性：涂层可以形成高硬度、高耐磨性的表面层，抵抗磨损和划伤。
涂层还可以减少切削过程中与工件的摩擦，降低磨损程度，延长刀具寿命。
3. 提高刀具耐腐蚀性：机械加工刀具在加工过程中会受到腐蚀的侵蚀，导致刀具表面产生锈蚀等问题。
涂层可以起到防腐蚀的作用，保护刀具表面不受腐蚀侵害，延长刀具使用寿命。
三、机械加工刀具涂层技术的应用1. 刀具涂层在切削加工中的应用：在金属切削加工中，采用涂层刀具可以降低切削力、提高加工速度和表面质量，减少加工成本。
特别是在高速切削和干切削时，涂层刀具更加显示出其优越性。
2. 刀具涂层在钻削加工中的应用：涂层刀具在钻削过程中可以减少切削头部温度，降低切削力和摩擦，提高钻铤效率和孔位质量。
涂层刀具可以应用于各类钻孔复杂性要求高的工件。
3. 刀具涂层在铣削加工中的应用：涂层刀具在高速铣削中可以提供较高的表面加工速度和质量，减少切削时的焊着和磨损。
涂层刀具广泛应用于高硬度材料和导电材料的铣削加工。
总结：机械加工刀具涂层技术通过在刀具表面形成高硬度、高耐磨和耐腐蚀的涂层层，有效提高刀具的使用寿命和加工效率。
刀具涂层的分类与应用
刀具涂层的分类与运用1 引言作为基本财产的制作业正在产生着革命性的变更,制作技巧也已产生了质的变更.尤其是近几年高速切削加工技巧的运用,在大幅度进步临盆效力的同时也极大地进步了产品的质量,可以以为高速切削加工技巧已成为切削制作业的主流.高速切削加工技巧的成长与运用同时带动了相干技巧的敏捷成长.高速切削顾名思义,是高的速度.大的进给量.机床的快速移动.快速换刀等,最终表现为临盆效力的大幅度进步.但是应当指出的是高速切削只是一个相对的概念,跟着加工方法.工件材料以及刀具选择的变更,高速切削加工的速度消失很大变动规模.一般以为高速加工的切削速度为通例切削速度的5～10倍,如加工碳素钢切削速度为500～2000m/min;铸铁为600～3000m/min;铝合金为1000～7000m/min;铜为900～5000m/min.高速切削刀具技巧是实现高速加工的症结技巧之一,而刀具材料的高温机能是影响高速切削刀具技巧成长的重中之重.因为在高速切削加工中所产生的切削热对刀具的磨损比通例切削高得多,是以对刀具材料有更高的请求：高硬度.高强度和耐磨性;高的韧性和抗冲击才能;高的红硬性和化学稳固性;抗热冲击才能.刀具概况涂层技巧是应市场需求而成长起来的一种概况改性技巧,自上世纪60年月消失以来,该项技巧在金属切削刀具制作业内得到了极为普遍的运用.尤其是高速切削加工技巧消失之后,涂层技巧更是得到了缓慢的成长与运用,并成为高速切削刀具制作的症结技巧之一.该项技巧经由过程化学或物理的办法在刀具概况形成某种薄膜,使切削刀具获得优秀的分解切削机能,从而知足高速切削加工的请求.归纳起来切削刀具概况涂层技巧具有以下特色：1.采取涂层技巧可在不降低刀具强度的前提下,大幅度地进步刀具概况硬度,今朝所能达到的硬度已接近100GPa;2.跟着涂层技巧的飞速成长,薄膜的化学稳固性及高温抗氧化性加倍凸起,从而使高速切削加工成为可能;3.润滑薄膜具有优越的固相润滑机能,可有用地改良加工质量,也合适于干式切削加工;4.涂层技巧作为刀具制作的最终工序,对刀具精度几乎没有影响,并可进行反复涂层工艺.涂层切削刀具所带来的益处：可大幅度进步切削刀具寿命;有用地进步切削加工效力;显著进步被加工工件的概况质量;有用地削减刀具材料的消费,降低加工成本;削减冷却液的运用,降低成本,利于情形呵护.2 刀具涂层的分类众所周知,传统刀具涂层技巧重要可分为两大类,但因为市场需求的变更及涂层技巧本身的特点,物理涂层技巧的成长受到了更大的存眷.PVD技巧在得到飞跃性成长的同时,其运用市场也得到了普遍的拓展.与最初成长比拟,不但涂层成分种类繁多,近几年来在涂层构造上更是有了冲破性的成长,并已为市场合接收.跟着PVD技巧在市场中愈来愈普遍的运用,熟悉懂得各类涂层的特点及实用范畴愈加显得重要.是以本文拟对当前PVD涂层进行分类,并剖析各类薄膜所实用范畴,目标是让运用者对各类涂层有一个较体系的懂得,加倍合理地运用涂层刀具.从PVD技巧的成长和运用角度,笔者以为PVD涂层可按2种办法进行分类.1.按涂层成分分类按涂层成分对涂层进行分类简练.清楚明了,基于对材料机能的熟悉,运用者轻易懂得涂层的功效,易为市场合接收,是以今朝各涂层企业更多的是以不合的涂层成分向用户介绍.推举其技巧及产品.按成分对涂层区分平日可分为两大类,即硬涂层和软涂层.硬涂层以TiN.TiCN.TiAlN等为代表,包含了单层薄膜和复合薄膜,跟着市场需求的变更及涂层技巧的成长,新的涂层成分不竭被开辟出来,到今朝为止所运用的硬涂层成分已有几十种之多;软涂层顾名思义薄膜的硬度相对较低,平日为1000HV阁下.软涂层今朝种类其实不久不多,以MoS2.碳基薄膜为主,在切削加工范畴内,其目标是经由过程在硬涂层概况笼罩一层这种薄膜,试图增长涂层概况的润滑性,改良被加工工件概况质量,以知足某些运用范畴的须要.2.按涂层构造分类尽管按成分进行涂层分类具有优越的市场基本,但从PVD技巧的成长来看,涂层的内部构造的变更已越来越多地影响着涂层刀具的运用后果.雷同的涂层成分.不合的构造情势,可以导致涂层刀具运用后果的截然不合.是以熟悉懂得今朝PVD涂层薄膜的构造情势,对于该项技巧的现实运用有着十分重要的意义.就今朝PVD技巧的成长状况,涂层薄膜构造大体可分类如下：a.单一层涂层涂层由某一种化合物或固溶体薄膜构成,理论上讲在薄膜的纵向发展偏向上涂层成分是恒定的,这种构造的涂层可称之为通俗涂层.假如接洽到PVD的成长过程,现实上在曩昔相当长的时代内一向采取这种技巧,个中包含众所周知TiN.TiCN.TiAlN 等.跟着运用市场请求的不竭进步,人们也愈加熟悉到这种涂层的局限性,无论是显微硬度.高温机能.薄膜韧性等都难于大幅度进步,但这种涂层在市场中仍占领必定比例.b.复合涂层图1 CrN+CBC复合薄膜图2 TiAlCN梯度薄膜图3 多层薄膜图4 AlN+TiN+CrN纳米薄膜图5(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)纳米复合相构造薄膜c.由多种不合功效(特点)薄膜构成的构造可以称之为复合涂层构造膜,其典范涂层为今朝的硬涂层+ 软涂层,每层薄膜各具不合的特点,从而使涂层更具优越的分解机能.图1所示为CrN+CBC复合涂层,个中CBC为碳基薄膜.d.梯度涂层涂层成分沿薄膜纵向发展偏向慢慢产生变更,这种变更可所以化合物各元素比例的变更,如TiAl-CN中Ti.Al含量的变更,也可以由一种化合物逐渐过渡到另一种化合物,如由CrN 逐渐过渡到CBC.可以预感这种构造能有用降低因成分突变而造成的内部微不雅应力的增长.图2所示为TiAlCN梯度薄膜.e.多层涂层多层涂层由多种机能各别的薄膜叠加而成,每层膜化学组分根本恒定.今朝在现实运用中多由2种不合薄膜构成,因为所采取的工艺消失差别,不合企业的多层涂层刀具,其各膜层的尺寸也不近雷同,平日由十几层薄膜构成,每层薄膜尺寸大于几十纳米,最具代表性的有AlN+TiN.TiAlN+TiN涂层等.与单层涂层比拟,多层涂层可有用地改良涂层组织状况,克制粗大晶粒组织的发展,多层薄膜如图3 所示.f.纳米多层涂层这种构造的涂层与多层涂层相似,只是各层薄膜的尺寸为纳米数目级,又可称为超显微构造.理论研讨证其实纳米调制周期内(几纳米至几十纳米),与传统的单层膜或通俗多层膜比拟,此类薄膜具有超硬度.超模量效应,其显微硬度超出40GPa是可以预期的,并且在相当高的温度下,薄膜仍可保存异常高的硬度.是以这类膜具有优越的市场运用远景,其典范代表为AlN+TiN.AlN+TiN+CrN涂层等.如图4所示,为AlN+TiN+CrN纳米膜系,其调制周期约为7nm.g.纳米复合构造涂层纳米复合构造涂层.以(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)纳米复合相构造薄膜为例,在强等离子体感化下,纳米TiAlN 晶体被镶嵌在非晶态的Si3N4体内(见图5),当TiAlN晶体尺寸小于10nm 时,位错增殖源难于启动,而非晶态相又可阻拦晶体位错的迁徙,即使在较高的应力下,位错也不克不及穿越非晶态晶界.这种构造薄膜的硬度可以达到50GPa 以上,并可保持相当优良的韧性,且当温度达到900℃～1100℃时,其显微硬度仍可保持在30GPa 以上;此外这种薄膜同时可获得优良的概况质量,是以工业运用远景辽阔.3 涂层的运用跟着PVD技巧的敏捷成长,在现实运用中涂层的合理选择愈加显得重要.今朝涂层薄膜不但要解决硬度问题,其韧性.抗氧化性.概况光滑度及润滑性等都须要根据不合的切削前提进行分解斟酌.从现实的切削加工状况来看,仅凭涂层成分进行选择,在现实运用中已难以获取最佳经济效益.本文根据上述两种涂层分类,浅析现实切削加工中PVD涂层薄膜的选用.1.车削加工车削加工的特色是持续.稳固.切削力及切削温度变更小,相对而言切削温度较高,是以在选择涂层类别时,涂层的硬度和高温抗氧化性是重点斟酌身分.a.加工钢材时可选用纳米复合构造薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)及AlTiN薄膜,这两种薄膜都具有极高的概况硬度,且红硬性优越,运用温度可达到1100℃.b.铸铁加工平日也可选择上述2种薄膜.c.铝及铝合金加工的特色是熔点低,在切削加工中极易形成积屑瘤,且氧化了的切屑可形成Al2O3,导致摩擦感化的加强.当硅含量在4%～13%之间时,硅在铝内形成固溶体＋共晶体组织,这种脆性.针状的片状硅的搀杂,在切削进程中,具有磨料感化,导致刀具早期掉效;而当Si含量进一步进步时粗大的组织使切削机能进一步降低.假如采取干式切削,可加剧这种磨损的成长,加工这类有色金属金刚石涂层刀具是最佳的选择计划之一,但斟酌到可行性及经济性,对于PVD而言,涂层应具有高的硬度及优良的润滑性.当Si 含量小于12%时,可选择多层TiCN+MoS2复合薄膜及TiAlCN+CBC梯度薄膜;而当Si含量大于12%时,则可选用纳米复合构造薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)或单层的TiCN 薄膜.d.高强度合金的加对象有变形大.加工硬化大.切削温度高的特色,此外因为该类合金中含有大量的碳化物.氮化物等,其显微硬度可达2000 ～3000HV.在选择用于此类涂层时,其显微硬度.高温机能.润滑性是应侧重斟酌的身分.平日可选用纳米复合构造薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)或TiAl-CN+CBC 复合薄膜.e.对于铜及其合金而言,涂层极具针对性,而与加工方法接洽关系性较低.紫铜塑性.韧性大,易粘屑,是以须要有用地解决排屑问题,一般选用CrN膜;而对于铜合金(黄铜.青铜),因为材料强度的进步,平日采取单层TiCN 或多层TiCN 薄膜.f.塑胶材料的加工特点是导热性差.磨料性.回弹性等,且大多采取干式切削加工方法,是以薄膜的显微硬度及热绝缘性是重点斟酌的身分,除了CVD的金刚石薄膜外,也可选用多层TiCN薄膜.2.钻削加工钻削加工也属于持续加工切削方法,其涂层种类的选择根本与车削加工相似.但所需留意的是通孔加工消失载荷的突变,是以所选择薄膜应具有优越的韧性.如在通俗钢材的加工中,可选用多层膜;若在一般的切削前提下,单层的TiN薄膜也会获得优越的运用后果.3.铣削加工在高速加工范畴,铣削加工占领极其重要的地位,而PVD技巧的成长也从整体铣刀的涂层扩大到可转位刀片规模,并且已取得了冲破性的进展.铣削加工是一种断续加工方法,尤其在高速加工前提下,刀具受载状况极其庞杂,刀具因不竭受到大小.地位不合的机械冲击和热冲击载荷感化,可激发薄膜的决裂.脱落等现象的产生,从而导致刀具的早期掉效.a.加工通俗钢材时可选用TiCN.纳米复合构造薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4).AlCrN薄膜,这三种薄膜都具有较好的韧性.b.与通俗钢材比拟,铸铁的铣削加工平日导致刀具磨料磨损,涂层刀具的概况硬度更为重要,是以可选择纳米复合构造薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4).AlTiN.AlCrN薄膜.c.对于铝及铝合金的加工,当Si 含量小于12%时,可选择多层TiCN+MoS2复合薄膜及TiAlCN+CBC梯度薄膜;而当Si含量大于12% 时,则可选用纳米复合构造薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)及多层TiCN 薄膜.d.高强度合金的铣削加工平日可选用多层TiCN+MoS2.梯度TiAlCN+CBC.AlCrN 薄膜.4.螺纹加工螺纹加工也一种持续切削方法,相对于通俗车削加工,这种加工属于成型加工模式,切削速度相对较低,不轻易断屑,且对刀具的几何尺寸有严厉请求,刀具刃口渺小的缺点也可导致工件的报废.是以薄膜的致密性.韧性以及概况的润滑性是重要斟酌的身分.a.加工通俗钢和高强度合金时可选用TiCN+MoS2复合薄膜.TiAlCN+CBC梯度薄膜及TiAlN纳米多层薄膜,这三种薄膜都具有优越的韧性及优良的润滑性.b.与通俗钢材比拟,铸铁的螺纹加工平日以磨料磨损为主,薄膜的致密性.韧性.硬度一致重要,是以常可选择TiAlCN 及TiCN 多层薄膜.c.对于铝及铝合金的加工,当Si含量小于12%时,可选择CrN+CBC及TiCN多层薄膜;而当Si含量大于12%时,则可选择TiAlCN+CBC 及TiCN多层薄膜.4 结语近年来刀具概况涂层技巧成长的特色是敏捷及多元化.由图6可以看图6 2003年TiN.TiCN.TiAlN涂层运用情形出,经由几年的过程,TiN涂层一统世界的情形已不复消失,尤其在硬质合金刀具运用范畴,TiAlN涂层的比例已超出TiN,而其它种类涂层也有增长趋向.显然薄膜技巧的成长不竭地为切削加工供给更有用.更经济的手腕,跟着该项技巧的飞速成长,各类超显微构造.超硬度.特别功效薄膜的消失势必促进切削加工计划的进一步优化.对于运用者而言,充分懂得各类涂层及其所实用的运用规模愈加显得重要.因为篇幅所限,本文仅针对各类涂层所合适的加工方法及材料进行了阐述,而现实运用中特别材料(如硬度达到50HRC以上).切削速度.冷却方法等前提的不合,对涂层刀具的选用也都邑产生重要的影响。
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刀具涂层的作用与应用
涂层刀具结合了基体与涂层材料两者的优点，显著提高刀具的切削加工性能。
在切削过程中刀具的涂层在很多程度上提高耐磨性、耐热性和抗高温氧化性，降低了切削力，提高了切削速度，进而提高了加工效率和质量，降低生产成本，提高产品竞争力。
1、提高刀具的力学和切削加工性。
涂层刀具既保持了基本良好的韧性和较高的强度，又具有硬质涂层的高硬度、抗氧化、高耐磨性和地摩擦系数等优异的复合力学性能，从而使刀具的切削性能大为提高。
2、提高刀具的通用性。
涂层刀具适用范围广，这样使原来硬质合金刀具牌号减少30%，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。
3、提高加工质量。
由于硬质合金涂层刀具的硬度高、摩擦系数小、与被加工零件材料之间的亲和力低，不易形成积屑瘤和粘着磨损，使切削力降低了20%左右，切削热也降低了近10%。
这些都对减少被加工零件的变形、提高零件尺寸精度和降低表面粗糙度十分有利。
4、解决难加工材料的加工难题。
在微电子工业、航空、航海工业和石油工业等工业中，大量使用如高硅铝合金、钛合金、镍基合金、不锈钢、高强度高温合金钢、纤维增强合成树脂等难加工材料。
目前，除了少部分采用PCD和PCBN超硬刀具、陶瓷刀具价格外，生产实际中普遍采用性能优异的高速钢涂层刀具。
5、实现绿色切削加工工艺的干切削。
随着制造业的发展，切削液使用量的增多带来了许多弊端，涂层刀具的应用推广，促进了有利于保护环境的干切削加工技术的发展。
干切削加工技术要求刀具材料必须具有很高的红硬性和抗热冲击性、良好的耐磨损性能和抗高温氧化粘结模式性能，这些要求正好是某些复合涂层材料能够胜任的。