硬質(zhì)合金刀具的硬涂層可提高刀具壽命和生產(chǎn)率。化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)已從早期的單涂層發(fā)展到現(xiàn)在的由Tic、TiN、TiCN和Al2O3復(fù)合多涂層，而且通過選擇涂層的順序及涂層的總厚度來(lái)滿足特種金屬切削的要求，尤其是Al2O3涂層可提供包括高的抗擴(kuò)散性磨損、優(yōu)良的抗氧化性和高的熱硬度等極好的高溫性能，所以在鑄鐵及鋼等材料高速加工獲得廣泛應(yīng)用。
近年來(lái)，刀具制造商已引進(jìn)中溫(MT)CVD TiCN涂層，當(dāng)使用乙晴作為有機(jī)的C/N源，TiCN的沉積大約發(fā)生在850℃，而高溫CVD TiCN涂層要加熱高于1000℃。MT-TiCN涂層用于車削和銑削時(shí)具有很好的耐磨性能，它具有穩(wěn)定的C/N比，并可減少涂層與硬質(zhì)合金基體之間界面形成eta相的傾向。
十多年前，物理氣相沉積(PVD)已應(yīng)用于圓柱形硬質(zhì)合金刀具，包括間斷切削和/或一些需要鋒利刀刃的金屬切削刀片。最初PVD涂層只限于TiN,而現(xiàn)在工業(yè)上已有適用的PVD TiCN和TiAlN涂層，采用多種不同的PVD技術(shù)，如電子束蒸發(fā)、濺射、電弧蒸發(fā)等。
CVD金剛石涂層采用了許多金剛石合成技術(shù)，最普通的是熱絲法、微波等離子法和d、c等離子噴射法。通過改進(jìn)涂層方法和涂層的粘結(jié)，已生產(chǎn)出金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具，并在加工非鐵及非金屬材料方面起著重要的作用。最近金剛石涂層刀具已在工業(yè)上得到應(yīng)用。硬質(zhì)合金刀具的硬涂層
硬涂層的性能
切削刀具基體硬涂層的成功是由于涂層的物理和力學(xué)性能的復(fù)合作用。從使用的角度來(lái)看，涂層應(yīng)具有穩(wěn)定的化學(xué)穩(wěn)定性能、熱硬度和與基體較強(qiáng)的粘結(jié)性能。優(yōu)化的涂層厚度、細(xì)的顯微結(jié)構(gòu)及殘余壓應(yīng)力可以進(jìn)一步提高涂層性能。化學(xué)穩(wěn)定性
涂層材料化學(xué)惰性的標(biāo)準(zhǔn)是它的形成標(biāo)準(zhǔn)，自由能的負(fù)數(shù)很高或在切削溫度下它在工件材料的溶解度很低。至今，CVD Al2O3硬涂層在材料加工中完全可滿足這些要求。無(wú)定形PVD Al2O3涂層是軟的而且不穩(wěn)定，因此不如結(jié)晶的CVD Al2O3；PVD TiAlN涂層與TiN或TiCN相比，具有較高的穩(wěn)定性，因此有可能在高速切削加工中獲得應(yīng)用。金剛石涂層刀具適用于加工含有第二相磨粒的非鐵合金(如硅鋁合金)以及不與硫反應(yīng)的非金屬材料(如金屬基復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)塑料)。硬度
切削刀具的后面承受磨粒磨敲，在切削溫度下，只要硬涂層比基體的硬度高，就有助于增強(qiáng)抗磨粒磨損，雖然切削主要由化學(xué)磨損所控制，但由于高的涂層硬度會(huì)使刀具前面在較高的溫度下，其抗月牙洼磨損性能得到增強(qiáng)。這一觀點(diǎn)目前尚存有爭(zhēng)議。顯微結(jié)構(gòu)及形態(tài) 涂層方法及過程參數(shù)影響硬涂層的顯微結(jié)構(gòu)，反之，顯微結(jié)構(gòu)(如顆粒尺寸、顆粒結(jié)構(gòu)、顆粒邊界和相邊界)又影響硬涂層的力學(xué)性能和金屬切削性能。眾所周知，PVD TiN涂層具有較細(xì)的顆粒尺寸，相對(duì)于CVD TiN涂層具有較高的顯微硬度，具有高的點(diǎn)陣缺陷密度的PVD涂層還具有高的殘余應(yīng)力，這也有助于提高其顯微硬度。硬質(zhì)合金刀具的Al2O3涂層通常是用CVD方法沉積的。Al2O3存在許多結(jié)晶形態(tài)；最普遍存在的多晶形態(tài)是穩(wěn)定的α-Al2O3和亞穩(wěn)定的K-Al2O3。α-Al2O3的顆粒形狀為柱狀，它和K-Al2O3相比，其位錯(cuò)密度及孔隙較大，并且孔隙常存在于顆粒邊界。K-Al2O3涂層是細(xì)顆粒的2~0.5μm，而且沒有位錯(cuò)。 |
