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，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)。 |
