當前位置： 首頁 >>硬質合金涂層
涂層刀具是在強度和韌性較好的硬質合金或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物(也可涂覆在陶瓷、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而獲得的。涂層作為一個化學屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應，從而減少了月牙槽磨損。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、耐熱耐氧化、摩擦因數小和熱導率低等特性，切削時可比未涂層刀具提高刀具壽命3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1級，降低刀具消耗費用20%~50%。因此，涂層刀具已成為現代切削刀具的標志，在刀具中的使用比例已超過50%。目前，切削加工中使用的各種刀具，包括車刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀和插齒刀等都可采用涂層工藝來提高它們的使用性能。
涂層刀具有四種：涂層高速鋼刀具，涂層硬質合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金剛石或立方氮化硼)刀片上的涂層刀具。但以前兩種涂層刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度(可提高10%以上)，可減少刀片的崩刃及破損，擴大應用范圍。
生產硬質合金涂層方法
目前生產上常用的涂層方法有兩種：物理氣相沉積(PVD) 法和化學氣相沉積(CVD) 法。前者沉積溫度為500℃，涂層厚度為2~5μm；后者的沉積溫度為900℃~1100℃，涂層厚度可達5~10μm，并且設備簡單，涂層均勻。因PVD法未超過高速鋼本身的回火溫度，故高速鋼刀具一般采用PVD法，硬質合金大多采用CVD法。硬質合金用CVD法涂層時，由于其沉積溫度高，故涂層與基體之間容易形成一層脆性的脫碳層(η相)，導致刀片脆性破裂。近十幾年來，隨著涂覆技術的進步，硬質合金也可采用PVD法。國外還用PVD/CVD相結合的技術，開發了復合的涂層工藝，稱為PACVD法(等離子體化學氣相沉積法)。即利用等離子體來促進化學反應，可把涂覆溫度降至400℃以下(目前涂覆溫度已可降至180℃~200℃)，使硬質合金基體與涂層材料之間不會產生擴散、相變或交換反應，可保持刀片原有的韌性。據報道，這種方法對涂覆金剛石和立方氮化硼(CBN)超硬涂層特別有效。
用CVD法涂層時，切削刃需預先進行鈍化處理(鈍圓半徑一般為0.02~0.08mm，切削刃強度隨鈍圓半徑增大而提高)，故刃口沒有未涂層刀片鋒利。所以，對精加工產生薄切屑、要求切削刃鋒利的刀具應采用PVD法。涂層除可涂覆在普通切削刀片上外，還可涂覆到整體刀具上，目前已發展到涂覆在焊的硬質合金刀具上。據報道，國外某公司在焊接式的硬質合金鉆頭上采用了PCVD法，結果使加工鋼料時的鉆頭壽命比高速鋼鉆頭長10倍，效率提高5倍。
各種新型涂層
| 涂層 |
顏色 |
硬度HV |
厚度 |
摩擦系數 |
最高適用溫度 |
說明 |
| ZrCN復合 |
蘭灰 |
2500 |
1-4 |
0.3 |
550 |
通用性強 |
| TiN單層 |
金黃 |
2300 |
1-4 |
0.4 |
500 |
高性價比涂層 |
| TiAlN復合 |
紫色 |
3200 |
1-4 |
0.5 |
800 |
通用性強 |
| AlTiN復合 |
黑 |
3400 |
1-4 |
0.5 |
900 |
高速、高硬度加工 |
| TiAlCrN |
亞黑 |
3500 |
1-4 |
0.6 |
1000 |
特殊加工領域 |
| TiCN漸層 |
灰黑 |
3000 |
1-4 |
0.4 |
400 |
高韌性通用涂層 |
| DLC |
黑彩 |
1000-4000 |
0.5-2 |
0.05 |
400 |
適用于有色金屬、石墨、塑膠 |
| CrN漸層 |
銀亮 |
2000 |
3-15 |
0.5 |
700 |
適用加工銅、鈦、模具 |
涂層材料
涂層材料須具有硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、不與工件材料發生化學反應、耐熱耐氧化、摩擦因數低，以及與基體附著牢固等要求。顯然，單一的涂層材料很難滿足上述各項要求。所以硬質涂層材料已由最初只能涂單一的TiC、TiN、Al2O3，進入到開發厚膜、復合和多元涂層的新階段。新開發的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多層涂層與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復合，加上新型的抗塑性變形基體，在改善涂層的韌性、涂層與基體的結合強度、提高涂層耐磨性方面有了重大進展。目前，又突破了在硬質合金基體上涂覆金剛石薄膜技術，全面提高了刀具的性能。
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