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刀具涂层技术

　　在相对较软的刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜（如TiAlN、TiC、TiN、Al2O3等）而形成的涂层刀具，是切削刀具发展的一次革命。涂层刀具与未涂层刀具相比，具有明显的优越性：显着降低摩擦系数，改善刀具表面的摩擦学性能和排屑能力；显着提高耐磨性和抗冲击韧性，改善刀具的切削性能，提高加工效率和刀具寿命；提高刀具表面性能，使刀具可以承受更高的切削热，有利于提高切削速度及加工效率，并扩大了干切削的应用范围。在***制造业中，80%以上的硬质合金刀具及高速具都采用了表面涂层技术，而CNC机床上所用的切削刀具90%以上是涂层刀具。

　　刀具涂层技术自从问世以来，对刀具技术的改善和加工技术起到了越来越重要的作用，已经成为现代刀具的标志。涂层刀具是通过在韧性较好的硬质合金基体或高速钢基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的，使刀具性能发生了巨大的变化。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等，青海冶金机械刀片，其中TiC的硬度比TiN高，冶金刀片价格，抗磨损性能更好。对硬质合金，一般采用化学气相沉积法（CVD），层积温度为1000℃；而对高速具，一般采用物***相沉积法（PVD），层积温度在500℃左右。随着涂层工艺的日益成熟和不断发展，从开始的单一涂层，进入到开发多元、多层、梯度、纳米涂层的新阶段。

数控刀具材料新产品科技近况与发展趋势

   1、概述：

   近年来，数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在高速(超高速)、硬质(含耐热、难加工)、干式、精细(超精)数控机加工技术领域。刀具材料新产品的研发在超硬材料(金刚石、表面改性涂层材料、TiC基类金属陶瓷、立方氮化硼、Al2O3、Si3N4基类陶瓷)，W、Co类涂层和细颗粒(超细颗粒)硬质合金基体及含Go类粉末冶金高速钢等领域进展速度较快。

   2、超硬材料领域：

   金刚石(钎焊聚晶、单晶)各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工有色金(合金)及有色金属-非金属复合材料零部件的高速、、干(湿)式机械切削加工行业中。其概况分述如下：

   汽车、摩托车行业：聚晶、人造单晶金刚石面铣刀、镗刀、车刀、铰刀、复合(组合)孔加工等数控刀具等正大量应用于高强度、高硬度Si--Al合金零部件自动生产线上；

   竹木地板、傢具行业：聚晶、CVD厚膜沉积金刚石(复合片)立铣刀、三面刃成形铣刀、面铣刀等类刀具正大量应用于高硬度复合竹木地板、傢具及门窗…等零部件自动生产线上；

   航空、航天、汽车及电子信息技术行业：金刚石CVD薄膜涂层数控刀具(以整体WCo类硬质合金刀具为主)多应用于铣削、车削、钻削、铰削及锪削加工高强度铝合金(铸、锻)、纤维-金属层板、碳纤维热塑性复合材料、镁合金、石墨、陶瓷…等零部件，满足高速、高寿命、干式机加工技术要求。各厂商正不断地改进金刚石涂层工艺技术，提高金刚石薄膜与刀具基体的结合牢度和致密度；

   精细(超精)机加工技术领域：单晶天然、人造金刚石刀具应用于各种精密仪器透镜、反射镜、计算机磁盘、复印机(录像机)磁鼓…等工件的精细(超精、纳米级)车削加工；

机械加工对刀具高要求同时要降低污染。

　　各种机电产品的过早失效***中约有70％是由磨损和腐蚀造成的，而这两种失效方式都与材料的表面状态（物理、化学和应力状态等）密切相关。因此，提高这类材料使用性能的关键是提高其表面性能。

　　切削刀具的多样性和使用时的工作状态特点决定了选择刀具镀层的不同。车削和钻孔不同，铣刀又应考虑其断续冲击的特点。早期发展的涂层以耐磨为主要着眼点，冶金机械刀片厂家，以提高硬度为主要指标。以氮化钛为代表的此类涂层具有较高的摩擦系数(0.4～0.6)，加工时与工件之间不断摩擦将产生大量热能。为避免刀具过热发生变形影响加工精度和延长其使用寿命，通常使用切削液。

　　要解决减少或免除切削液带来的问题，刀具镀层不仅应使刀具具有长寿命，且应有自润滑的功能。类金刚石涂层（DLC）的出现在对某些材料(Al、Ti及其复合材料)的机械加工方面显示出优势，但经过多年的研究表明类金刚石涂层的内应力高、热稳定性差和与黑色金属间的触媒效应使SP3结构向SP2转变等三种缺点，决定了它目前只能应用于加工有色金属，因而限制了它在机加工方面的进一步应用。但是近年来的研究表明，以SP2结构为主的类金刚石涂层(也称为类石墨涂层)硬度也可达到20～40GPa，却不存在与黑色金属起触媒效应的问题，其摩擦系数很低又有很好的抗湿性，冶金机械刀片哪家好，切削时可以用冷却剂也可用于干切削，其寿命比非镀层刀有成倍的提高，加工钢铁材料不存在问题，因而引起了涂层公司、刀具厂家极大的兴趣。假以时日，这种新型的类金刚石涂层会在切削领域得到广泛的应用。