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刀具涂层及种类

来源:未知    发布时间:2020-06-03    浏览量:

  

  自从20世纪60年代以来,经过近半个世纪的的发展,刀具表面涂层技术已经成为提升刀具性能的主要方法。刀具表面涂层,主要通过提高刀具表面硬度,热稳定性,降低摩擦系数等方法来提升切削速度,提高进给速度,从而提高切削效率,并大幅提升刀具寿命。

  一(yi)、涂层工(gong)艺(yi)

  刀具涂层技术通常可分为(wei)化(hua)学(xue)气(qi)相(xiang)沉积(CVD)和物理(li)气(qi)相(xiang)沉积(PVD)两(liang)大类。

刀具

  1.CVD技(ji)术(shu)被广泛(fan)应用于硬质合(he)金可(ke)转位刀(dao)具(ju)的(de)表面处理(li)。CVD可(ke)实(shi)现单成(cheng)份单层(ceng)(ceng)(ceng)及多(duo)成(cheng)份多(duo)层(ceng)(ceng)(ceng)复合(he)涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)的(de)沉积(ji),涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)与基(ji)体结合(he)强度(du)较(jiao)高,薄(bo)膜厚度(du)较(jiao)厚,可(ke)达7~9μm,具(ju)有很好的(de)耐磨性。但CVD工(gong)艺(yi)温(wen)度(du)高,易造成(cheng)刀(dao)具(ju)材(cai)料抗弯(wan)强度(du)下降(jiang);涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)内部(bu)呈拉(la)应力状态,易导致刀(dao)具(ju)使用时产生微裂纹;同(tong)时,CVD工(gong)艺(yi)排(pai)放(fang)的(de)废气(qi)(qi)、废液会造成(cheng)较(jiao)大环境污(wu)染(ran)。为(wei)解决(jue)CVD工(gong)艺(yi)温(wen)度(du)高的(de)问题,低温(wen)化学气(qi)(qi)相(xiang)沉积(ji)(PCVD),中(zhong)温(wen)化学气(qi)(qi)相(xiang)沉积(ji)(MT-CVD)技(ji)术(shu)相(xiang)继开发并投入实(shi)用。目(mu)前(qian),CVD(包括MT-CVD)技(ji)术(shu)主要用于硬质合(he)金可(ke)转位刀(dao)片的(de)表面涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng),涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)刀(dao)具(ju)适用于中(zhong)型(xing)(xing)、重型(xing)(xing)切削的(de)高速(su)粗加工(gong)及半精加工(gong)。

  2.PVD技(ji)术(shu)(shu)主(zhu)(zhu)要应(ying)用于(yu)(yu)整体硬(ying)质(zhi)合金(jin)(jin)刀(dao)(dao)具和(he)高速钢(gang)刀(dao)(dao)具的(de)(de)表面(mian)处理。与(yu)CVD工(gong)艺(yi)相比,PVD工(gong)艺(yi)温度低(最低可低至(zhi)80℃),在600℃以下时对刀(dao)(dao)具材料的(de)(de)抗(kang)弯强(qiang)度基(ji)本无影(ying)响(xiang);薄膜内部应(ying)力(li)状态为压应(ying)力(li),更适于(yu)(yu)对硬(ying)质(zhi)合金(jin)(jin)精密复杂刀(dao)(dao)具的(de)(de)涂层;PVD工(gong)艺(yi)对环境无不利影(ying)响(xiang)。PVD涂层技(ji)术(shu)(shu)已普遍应(ying)用于(yu)(yu)硬(ying)质(zhi)合金(jin)(jin)钻头、铣刀(dao)(dao)、铰刀(dao)(dao)、丝锥、异形刀(dao)(dao)具、焊(han)接刀(dao)(dao)具等的(de)(de)涂层处理。物理气相沉积(PVD)在工(gong)艺(yi)上主(zhu)(zhu)要有(1)真(zhen)空阴极弧物理蒸发(2)真(zhen)空磁控离子溅射两(liang)种方式。

  (1)阴极弧(hu)物(wu)理(li)蒸(zheng)(zheng)发(fa)(fa)(ARC)   真空(kong)阴极弧(hu)物(wu)理(li)蒸(zheng)(zheng)发(fa)(fa)过程(cheng)包括(kuo)将高电流,低电压的(de)(de)(de)电弧(hu)激(ji)发(fa)(fa)于靶材之上,并产(chan)生持(chi)续的(de)(de)(de)金属(shu)离(li)子(zi)(zi)。被离(li)化的(de)(de)(de)金属(shu)离(li)子(zi)(zi)以60~100eV平(ping)均能量蒸(zheng)(zheng)发(fa)(fa)出来形成(cheng)高度激(ji)发(fa)(fa)的(de)(de)(de)离(li)子(zi)(zi)束,在(zai)(zai)含(han)有(you)惰性气体(ti)或反应气体(ti)的(de)(de)(de)真空(kong)环境下(xia)沉积(ji)在(zai)(zai)被镀工件(jian)表(biao)面。真空(kong)阴极弧(hu)物(wu)理(li)蒸(zheng)(zheng)发(fa)(fa)靶材的(de)(de)(de)离(li)化率在(zai)(zai)90%左右,所以与(yu)真空(kong)磁控(kong)离(li)子(zi)(zi)溅射(she)相(xiang)比,沉积(ji)薄膜(mo)具有(you)更(geng)高的(de)(de)(de)硬度和更(geng)好的(de)(de)(de)结合(he)力。但由于金属(shu)离(li)化过程(cheng)非常激(ji)烈,会产(chan)生较(jiao)多(duo)的(de)(de)(de)有(you)害杂质颗粒,涂层表(biao)面较(jiao)为粗糙。

  (2)磁(ci)控(kong)离(li)子溅(jian)射(SPUTTERING)  真空磁(ci)控(kong)离(li)子溅(jian)射过程(cheng)中(zhong),氩离(li)子被(bei)(bei)被(bei)(bei)加(jia)速打在(zai)(zai)加(jia)有(you)负电压的阴极(靶材)上(shang)。离(li)子与阴极的碰撞使得靶材被(bei)(bei)溅(jian)射出(chu)带(dai)有(you)平均能量4~6eV的金(jin)属离(li)子。这(zhei)些金(jin)属离(li)子沉积在(zai)(zai)放(fang)于靶前方(fang)的被(bei)(bei)镀工件上(shang),形(xing)成涂(tu)层(ceng)薄膜。由(you)于金(jin)属离(li)子能量较(jiao)低,涂(tu)层(ceng)的结合力(li)与硬度也(ye)相应较(jiao)真空阴极弧物(wu)理蒸发(fa)方(fang)式(shi)差(cha)一些,但由(you)于其表面质量优(you)异被(bei)(bei)广泛应用于有(you)表面功能性(xing)(xing)和装(zhuang)饰性(xing)(xing)的涂(tu)层(ceng)领(ling)域中(zhong)。

  二(er)、涂层种类(lei)

刀具

  由于单一涂层材料难以满足提高刀具综合机械性能的要求,因此涂层成分将趋于多元化、复合化;为满足不同的切削加工要求,涂层成分将更为复杂、更具针对性;在复合涂层中,各单一成分涂层的厚度将越来越薄,并逐步趋于纳米化;涂层工艺温度将越来越低,刀具涂层工艺将向更合理的方向发展。

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