新型涂层刀具
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用PVD涂层工艺可以较容易地获得非平衡的物质特性,从而开发出可保持高硬度(高耐磨性)的涂层刀具。
表1 PVD涂层材料的种类及特性
涂层种类涂层特性
TiN系涂层材料与基体结合强度高
(Ti,Al)N系涂层材料高硬度、高抗氧化性能
(Ti,Si)N系涂层材料高硬度、高抗氧化性能
(Cr,Si)N系涂层材料摩擦力小,抗粘刀性能好
(Al,Cr,Si)N系涂层材料高抗氧化性能
(Ti,Si)N+(Al,Cr,Si)N系涂层材料高硬度,摩擦力小
开发涂层刀具的基本目标是在有效利用刀具基体材料固有韧性的同时,利用涂层材料具有的耐磨性、耐热性和化学稳定性,制造出符合用户加工要求的高性能刀具。在CBN涂层刀具方面,也有利用涂层来抑制CBN粒子发生微破碎和脱落的情况。表1为目前市场上销售的涂层刀具的各种涂层材料及其相关特性。用PVD涂层工艺可以较容易地获得非平衡的物质特性,从而开发出可保持高硬度(高耐磨性)的涂层刀具。
涂层的性能优势可分为4类:采用TiN系涂层主要是为了提高与基体材料的结合强度;采用(Ti,Al)N系涂层是为了使刀具表面处于压应力状态并提高硬度;采用(Ti,Si)N系涂层的目的在于提高刀具的抗氧化性能(以适应高速切削的要求);采用(Cr,Si)N系涂层是为了抑制涂层材料与铁族工件材料的化学亲和力,以防止粘刀。此外,立铣刀等刀具采用(Al,Cr,Si)N系和(Ti,Si)N系超多涂层还可以获得多种引人注目的高效性能。此外,还开发了涂覆BN的涂层刀具。也出现了具有较多非晶体物质成分的涂层,但其性能还不是太确定。
图1为采用(Ti,Al)N涂层刀具和(Ti,Al)N+(Cr,Si)N涂层刀具车削不锈钢工件对比结果。在耐磨性上两种涂层刀具差别不大,但在加工表面粗糙度上,(Ti,Al)N+(Cr,Si)N涂层刀具要优于(Ti,Al)N涂层刀具,这是由于刀具与加工面亲和力较小的缘故。

图1 车削不锈钢时涂层刀具的性能对比

图2 两种(Ti,Al)N系涂层刀具寿命对比
图2为两种(Ti,Al)N系涂层刀具加工铸铁工件时的刀具寿命对比结果。*(Ti,Al)N涂层刀具与**(Ti,Al)N涂层刀具的寿命存在15%的差距,后者寿命较长是因为涂层工艺的预处理和化学成分配比存在微小差异所致。
本文作者:廖先富(编译)
原载:《工具展望》2008年第4期
上载于:2011-1-17 14:45:13

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