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涂層資料分析

涂層資料須具有硬度高、耐磨性好、化學(xué)功用安穩(wěn)、不與工件資料發(fā)作化學(xué)反應(yīng)、耐熱耐氧化、沖突因數(shù)低，以及與基體附著牢固等要求。顯然，單一的涂層資料很難滿意上述各項(xiàng)要求。所以硬質(zhì)涂層資料已由開(kāi)始只能涂單一的TiC、TiN、Al2O3，進(jìn)入到開(kāi)發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段。新開(kāi)發(fā)的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多層涂層與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復(fù)合，加上新式的抗塑性變形基體，在改進(jìn)涂層的耐性、涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度、進(jìn)步涂層耐磨性方面有了重大進(jìn)展?，F(xiàn)在，又突破了在硬質(zhì)合金基體上涂覆金剛石薄膜技術(shù)，全面進(jìn)步了刀具的功用。 
工藝最老練和運(yùn)用最廣泛的硬質(zhì)涂層資料是TiN，但TiN與基體結(jié)合強(qiáng)度不及TiC涂層，涂層易脫落，且硬度也不如TiC高，在切削溫度較高時(shí)膜層易氧化而被燒蝕。TiC涂層有較高的硬度與耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐沖擊。TiCN兼有TiC和TiN兩種資料的長(zhǎng)處，它在涂覆過(guò)程中可通過(guò)接連改動(dòng)C、N的成份操控TiCN性質(zhì)，并構(gòu)成不同成份的多層結(jié)構(gòu)，可下降涂層的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)步耐性，增加涂層的厚度，阻撓裂紋的擴(kuò)展，削減崩刃。所以，現(xiàn)在出產(chǎn)的一些刀片，如瑞典Sandvik公司引薦用于加工鋼料的GC4000系列刀片、我國(guó)株洲硬質(zhì)合金廠出產(chǎn)的CN系列刀片、日本東芝公司的T715X和T725X涂層刀片中均有TiCN涂層成份。TiCN基涂層適于加工普通鋼、合金鋼、不銹鋼和耐磨鑄鐵等資料，用它加工工件時(shí)的資料切除率可進(jìn)步2~3倍。 
TiAlN、CrN、TiAlCrN是近幾年來(lái)開(kāi)發(fā)的硬質(zhì)涂層新資料。TiAlN涂層刀片已商品化。它的化學(xué)安穩(wěn)性和抗氧化磨損功用好，用其加工高合金鋼、不銹鋼、鈦合金和鎳合金時(shí)的刀具壽數(shù)可比TiN涂層高3~4倍。此外，TiAlN涂層中如果有適宜的鋁濃度，切削時(shí)在刀具前刀面和切屑的界面上還會(huì)產(chǎn)生一層硬質(zhì)的慵懶保護(hù)膜，該膜有較好的隔熱性，可更有效地用于高速切削。例如，美國(guó)Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN涂層，是專為高速銑削合金鋼、高合金鋼和不銹鋼等高功用資料而規(guī)劃的。CrN是一種無(wú)鈦涂層，適于切削鈦和鈦合金、銅、鋁以及其它軟資料，化學(xué)安穩(wěn)性好，不產(chǎn)生粘屑。TiAlCrN是一種梯度結(jié)構(gòu)涂層，不只具有高的耐性和硬度，而且沖突因數(shù)也較小，適用于銑刀、滾刀、絲錐等多種刀具，切削功用顯著優(yōu)于TiN。 
德國(guó)某公司開(kāi)發(fā)了Supernitride涂層系列，其中超級(jí)氮化鈦涂層有很高的含鋁量，可構(gòu)成安穩(wěn)的氧化層(氧化溫度達(dá)1000℃)，它比一般的TiAlN涂層更硬、更細(xì)密、更耐高溫，適用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高達(dá)58HRC以上的淬火鋼。 
此外，納米超薄膜涂層工藝已日趨老練。據(jù)報(bào)道，日本某公司推出了一種高速?gòu)?qiáng)力型鉆頭，它是在耐性好的K類(WC+Co)硬質(zhì)合金基體上交互涂覆了1,000層TiN和AlN超薄膜涂層，涂層厚度約2.5μm。運(yùn)用表明，該鉆頭的抗彎強(qiáng)度與斷裂耐性可大幅度進(jìn)步，其硬度則與CBN相當(dāng)，刀具壽數(shù)可進(jìn)步2倍左右。該公司還開(kāi)宣布ZX涂層立銑刀，超薄膜鍍層數(shù)達(dá)2,000層，每層厚度約1nm，用該立銑刀加工60HRC的高硬度資料，刀具壽數(shù)遠(yuǎn)高于TiCN和TiAlN涂層刀具。第八屆我國(guó)國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)(CIMT2003)上，瑞士某公司推出的納米結(jié)構(gòu)涂層(AITiN/SiN) 立銑刀，其涂層硬度為45GPa，氧化溫度1100℃，切削比照實(shí)驗(yàn)表明，其壽數(shù)比TiN涂層立銑刀高3倍，比TiAlCN涂層立銑刀高2倍。除上述AITiN/SiN、TiAlCN新涂層外，還有特定功用的涂層，如MoS2、DLC潤(rùn)滑涂層，其沖突因數(shù)小(0.05)，適于涂覆絲錐、鉆頭等刀具，可改進(jìn)排屑功用，或許作為復(fù)合涂層的外表涂層，削減切屑的粘結(jié)。