刀具的單層塗層材料

   時間:2014-03-12 03:50:05
刀具的單層塗層材料簡介
TiC和TiN是最早出現的刀具塗層材料,也是目前國內外應用較多的塗層。TiC塗層硬度高(達HV2500~4200),具有高的抗機械磨損和抗磨料磨……
刀具的單層塗層材料正文

TiC和TiN是最早出現的刀具塗層材料,也是目前國內外應用較多的塗層。TiC塗層硬度高(達HV2500~4200),具有高的抗機械磨損和抗磨料磨損性能,與未塗層刀具相比,有較低的摩擦係數,較小的切削力和較低的切削溫度,具有良好的抗后刀面磨損和抗月牙窪磨損能力,應用溫度500℃,但其性脆,不耐衝擊。TiN塗層是工藝最成熟和應用最廣泛的硬質塗層材料,其突出優點是摩擦係數小,應用溫度達到600℃,適於加工鋼材或切削易於粘在前刀面上的材料。目前國內外的刀具公司都有這兩種塗層牌號的產品。

化學氣相沉積(CVD)的Al2O3塗層刀具的切削性能高於TiN和TiC塗層刀具,且切削速度愈高,刀具耐用度提高的幅度也愈大。在高速範圍切削鋼件時,Al2O3塗層在高溫下硬度降低較TiC塗層小,Al2O3具有更好的化學穩定性和高溫抗氧化能力,因此具有更好的抗月牙窪磨損、抗后刀面磨損和抗刃口熱塑性變形的能力,在高溫下有較高的耐用度。第一代Al2O3塗層切削刀具中,塗層常常是由a-和κ-Al2O3的混合物組成,導致不均勻的塗層形貌,嚴重降低塗層性能。過去的10年裡,在控制a-Al2O3晶體成核和細顆粒微觀結構方面取得了很大進步。早期的a-Al2O3塗層出現熱裂紋並且易碎,最近通過調節晶核表面的化學作用就可能完全控制並使a-Al2O3相成核,形成由細顆粒a-Al2O3組成的塗層,避免了轉化裂紋,與早先技術得到的a-Al2O3塗層相比,表現出優異的韌性。

Al2O3塗層的絕緣特性使物理氣相沉積(PVD)工藝相當難於控制,且沉積速度很低,如何能通過PVD的方法製備Al2O3塗層一直是刀具塗層業所關心的問題。CemeCon公司開發的高電離化脈衝技術(HIPTM),使優異的AlOx塗層成為可能。該公司新近開發的建立在磁控濺射TiAlN塗層基礎上Al2O3塗層,塗覆溫度低於450℃,在鑄鐵和高性能和合金材料試驗上取得了滿意結果。

HfN熱膨脹係數非常接近硬質合金基體,塗鍍后產生的熱應力很小,刀片抗彎強度降低少,因熱膨脹係數不同而引起的和崩刃的危險性減少,且HfN熱穩定性和化學穩定性較很多高熔點材料的高,在溫度高達817~1204℃時仍有很高的硬度(30GPa),耐磨性好。目前市場上美國Teledyne公司牌號為HN+及HN+4的刀片及德國Walter公司牌號為WHN的刀片都是HfN塗層刀片。

由於TiC、TiN塗層與鈦合金和鋁合金材料之間的親合力,會使摩擦力和粘結增大,產生粘屑,而CrC、CrN和新開發的Mo2N、Cr2O3等塗層化學穩定性好,不易產生粘屑,適於切削鈦、銅、鋁及其合金材料。此外常見的單塗層材料還有NbC、HfC、ZrC、ZrN、BN、VN等。

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