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真空PVD镀膜工艺---刀具涂层

文章出处:人气: 发表时间:2021-03-24 11:31:03

通过化学或物理的方法在刀具表面形成某种薄膜(即镀膜工艺),使切削刀具获得优良的综合切削性能,从而满足高速切削加工的要求;自20世纪70年代初硬质涂层刀具问世以来,化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术相继得到发展,为刀具性能的提高开创了历史的新篇章。涂层刀具与未涂层刀具相比,具有显著的优越性:它可大幅度提高切削刀具寿命;有效地提高切削加工效率;提高加工精度并明显提高被加工工件的表面质量;有效地减少刀具材料的消耗,降低加工成本;减少冷却液的使用,降低成本,利于环境保护。

刀具涂层的特点:

 

  1、采用涂层技术可在不降低刀具强度的条件下,大幅度地提高刀具表面硬度,目前所能达到的硬度已接近100GPa;

  2、随着涂层技术的飞速发展,薄膜的化学稳定性及高温抗氧化性更加突出,从而使高速切削加工成为可能。

  3、润滑薄膜具有良好的固相润滑性能,可有效地改善加工质量,也适合于干式切削加工;

  4、涂层技术作为刀具制造的最终工序,对刀具精度几乎没有影响,并可进行重复涂层工艺。

 

  常用的涂层:

 

  1、氮化钛涂层:氮化钛(TiN)是一种通用型真空PVD镀膜涂层,可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具或成形工具可获得很不错的加工效果。

  2、氮化铬涂层:CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。涂覆了这种几乎无形的涂层后,高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。

  3、金刚石涂层:CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供最佳性能,是加工石墨、金属基复合材料(MMC)、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想涂层(注意:纯金刚石涂层刀具不能用于加工钢件,因为加工钢件时会产生大量切削热,并导致发生化学反应,使涂层与刀具之间的粘附层遭到破坏)。

  4、氮碳化钛涂层:氮碳化钛(TiCN)涂层中添加的碳元素可提高刀具硬度并获得更好的表面润滑性,是高速钢刀具的理想涂层。

  5、氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN):TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。根据涂层中所含铝和钛的比例不同,AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度,因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。

  6、此外还有类金刚石涂层(DLC):

 

  DLC具有很多优良的特性:高硬度-60GPa或Hv6000以上;低摩擦系数-0.06;极好的膜层致密性;良好的化学稳定性以及良好的光学性能等。应用于刀具上的DLC涂层所表现出的特殊性能远超过其它硬质涂层。涂以DLC的刀具主要应用包括:石墨切削,各种有色金属(如铝合金,铜合金等)切削,非金属硬质材料(如亚克力,玻璃纤维,PCB材料)切削等。

 

  由于DLC具有极低的摩擦系数(0.05~0.2)和自润滑性,涂以DLC的刀具是干切削的最好选择。与没有涂层的刀具相比,在干式切削的条件下DLC涂层刀具的切削力可下降6%;。与其它涂层的刀具相比(如涂以TiN,TiAlN),在干式切削的条件下DLC涂层刀具的切削力可下降23%;同样也是因为DLC的低摩擦系数可使金属切削(铝合金切削)的切削力大为下降,从而大大降低能源消耗。在有冷却液的切削条件下,DLC涂层刀具的切削力比没有涂层刀具和其它涂层刀具下降18%,而且被加工的金属表面粗糙度下降Ra0.04~R0.23um),达到Ra0.38。

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