用于高速高效加工的PVD超级ZX涂层
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日本住友电工硬质合金公司应用先进的纳米技术和自主开发的PVD涂层技术,成功开发了用于切削刀具、由纳米级TiAlN和AlCrN超薄涂层交替排列(多达约千层)组合而成的厚涂层——PVD超级ZX涂层。

图1 超级ZX涂层断面组织的扫描电镜图片(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

图2 残余压应力在深度方向的梯度分布
刀具:WGC4100R SEMT13T3AGSN-G;切削条件:V=200m/min,fz=0.12mm/z,d=2mm;干切削
图3 ACK300涂层刀具加工实例
刀具:WGC4160R SEET13T3AGSN-G;切削条件:fz=0.3mm/z,d=2mm;干切削;刀具寿命标准:VB=0.2mm
图4 ACP2000的刀具寿命与切削速度的关系
日本住友电工硬质合金公司应用先进的纳米技术和自主开发的PVD涂层技术,成功开发了用于切削刀具、由纳米级TiAlN和AlCrN超薄涂层交替排列(多达约千层)组合而成的厚涂层——PVD超级ZX涂层(见图1)。这种新型涂层的物理性能见表1。与原有涂层(TiN和AlN的多层涂层)相比,这种新涂层提高了铝含量,并实现了性能最优化:涂层硬度提高了40%(从原有涂层的40GPa提高到56GPa);由于涂层中新添加了铬(Cr),涂层的开始氧化温度提高了约200℃(从原有涂层的816℃提高到1029℃)。
名称涂层构造涂层硬度
(GPa)
开始氧化温度
(℃)
残余压应力
(GPa)
声发射(AE)检测
(N)
原有涂层TiN/AlN408160.773.8
超级ZX涂层TiAlN/AlCrN5610291.976.7
根据涂层的形成机理,对涂覆工艺条件进行了优化调整,使涂层中的残余压应力从硬质合金基体向涂层外表面逐渐增大,成梯度分布(见图2)。其结果是,不仅没有损害涂层的抗剥落性能,而且平均压应力比原有涂层增大了1.2GPa。由于纳米级涂层交替重叠的效果,抑制了表面裂纹的扩展,从而提高了涂层强度和耐磨性能,大幅提高了刀尖抗崩刃的可靠性,使刀具寿命达到原有涂层刀具的2倍以上。以下为加工实例:

(1)用于铸铁铣削的超级ZX涂层ACK300

用ACK300涂层刀具铣削FCD450齿轮箱体的效果见图3。用其他公司的涂层刀具加工350件后产生了大量涂层剥落,而用ACK300超级ZX涂层刀具加工400件后,刀片的损伤仍然非常轻微。

(2)加工钢/不锈钢用超级ZX涂层ACP200/ACP300

用ACP200涂层刀具铣削SCM435钢件时,切削速度与刀具寿命的关系见图4。由对比试验结果可知,在超过300m/min的高速铣削条件下,耐磨性能和抗氧化性能优异的ACP200超级ZX涂层刀具的寿命是原有涂层刀具的2倍以上,显示出超群的加工效果。用ACP300超级ZX涂层刀具加工发电机用螺栓端面(SUS316不锈钢)的结果见图5。其他公司的涂层刀具加工30件后因刀尖崩损而停止使用,而ACP300超级ZX涂层刀具能够加工70件,刀具寿命延长了1倍以上。
刀具:TGER特型刀具;切削条件:V=63m/min,f=0.2mm/z,d=1.5mm;湿切削
图5 ACP300涂层刀具加工实例

(3)车削小零件用超级ZX涂层AC530U

用AC530U超级ZX涂层刀具加工齿轮的齿沟(材料为粉末烧结合金)的实例见图6。原有刀具加工60件后,因刀尖磨损过大而停止使用;而AC530U涂层刀具耐磨性能优异,加工90件后磨损很小,最终加工数达到120件,刀具寿命延长了1倍。
刀具:TGAR特型刀具;切削条件:V=100m/min,f=0.05mm/r,d=8.2mm
图6 AC530U涂层刀具加工实例
本文作者:廖先富(编译)
原载:《工具展望》2009年第2期
上载于:2010-12-20 9:48:27

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