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绝对受用的刀具涂层技术大讲堂

发布时间:2019/1/9 13:51:31   点击次数:617次

  绝对受用的刀具涂层技术大讲堂
  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,其中TiC的硬度比TiN高,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℃;而对高速钢刀具,一般采用物理气相沉积法(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。就目前PVD 技术的发展状况,涂层薄膜结构大体可以分为单一涂层、复合涂层、梯度涂层、多层涂层、纳米多层涂层、纳米复合结构涂层。
  继美国公司于1957年首次合成立方氮化硼之后,在高温高压条件下将立方氮化硼聚合在硬质合金上,得到了复合结构的立方氮化硼(CBN)刀片。CBN刀具有聚晶烧结块和复合刀片两种,能在较高切削速度下加工淬硬钢及铸铁,以车代磨,并可高速切削部分高温合金,加工精度高,表面粗糙度相当低,而且立方氮化硼还适宜加工各种淬硬钢、Ni基、Fe基及其他一些耐磨、耐蚀的热喷涂(焊)件材料,钒钛铸铁、冷硬铸铁等耐磨类铸铁,钛合金材料等。
  陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能,与金属的亲和力小,不易与金属产生粘结,并且化学稳定性好。因此,陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的超硬材料。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基两大类,加入各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善其性能,还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性。
  目前,国产的一些晶须增韧陶瓷、梯度功能陶瓷等产品已达到国外同类刀片的性能,有的还优于国外。陶瓷刀具使用的主要原料氧化铝、氧化硅等在地壳中含量丰富,对节省贵重金属也具有重要的意义。陶瓷刀具主要应用于难加工材料的高速加工。国际上已经将陶瓷材料刀具视为进一步提高生产率的有希望的刀具之一。
  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;提高刀具表面抗氧化性能,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。在先进制造业中,80%以上的硬质合金刀具及高性能高速钢刀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。


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