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加工中心刀具涂层技术——（一）
日期：2009年12月21 来源：沈阳第一机床厂 关键字：加工中心
刀具表面涂层技术是一种优质的表面改性技术，它是在普通高速钢和硬质合金刀片表面，采用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)的工艺方法，涂覆一薄层(约5—121xm)高硬度难熔金属化合物(TiC、TiN、A1：O，等)，机床使刀片既保持了普通刀片基体的强度和韧性，加工中心又使表面有高的硬度和耐磨性，更小的摩擦因数和高的耐热性，较好的解决了材料硬度与强度及韧性的矛盾。
各工业发达国家对涂层刀具的研究和推广使用方面发展非常迅速。刀具表面涂层技术已与材料、加21232艺并称为切削刀具制造的三大关键技术。处于领先地位的瑞典，在车削上使用涂层硬质合金刀片已占到70％～80％，在铣削方面已达到50％以上。
(一)涂层技术的种类
刀具涂层技术可划分为两大类，加工中心即CVD技术(化学气相沉积)和PVD技术(物理气相沉积)。
1．CVD(化学气相沉积)技术
CVD技术在硬质合金可转位刀具上应用极广。20世纪70年代初首次在硬质合金基体上涂覆机床一层TiC后，把普通硬质合金刀具的切削速度从80m／min提高到180m／min。1976年出现了TiC—A120，双涂层硬质合金，把切削速度提高到250m／min。1981年又出现了TiC—Al，O，一TiN三涂层硬质合金，使切削速度提高到300m／rain。在CVD工艺中，气相沉积所需金属源的制备相对容易，可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB：、A1203等单层及多元多层机床复合涂层，其涂层与基体结合强度高，薄膜厚度可达7—9[xm。加工中心80年代中后期，美国85％的硬质合金工具采用了涂层处理。
从发展过程来看，CVD工艺(包括MT—CVD)主要用于硬质合金车削类刀具的表面涂层。其涂层刀具适合于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工，尤其是o—A120，涂层是PVD技术所难以实现的。因此，在机床干式切削加工中，CVD涂层技术仍占有极其重要的地位。但CVD工艺有先天性的缺陷：①工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度的下降；②薄膜内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生；加工中心③CVD工艺所排放的废气、废液会造成工业污染，对环境影响较大，与所提倡的绿色工业相抵触。
2．PVD(物理气相沉积)技术
PVD技术出现于20世纪70年代末期，由于其工艺处理温度可控制在500~C以下，机床低于高速钢的回火温度，因此可作为最终处理工艺用于高速钢类刀具的涂层。
PVD技术在高速钢刀具领域的成功应用，引起了世界各国的重视。对其应用领域的扩大进行了更加深入的研究，尤其是在硬质合金、陶瓷类刀具领域中的应用。加工中心与CVD工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600~C以下对刀具材料的抗弯强度没有影响，薄膜内部为压应力，更适合于硬质合金精密复杂类刀具的涂层。涂层成分也由第一代的TiN发展到了TiC、TiCN、ZrN、CrN、机床MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN—A1N、CN。(纳米氮化碳)等多种多元复合涂层，且由于纳米级涂层的出现，使得PVD涂层刀具质量又有了新的突破，这种薄膜涂层不仅结合强度高、硬度接近CBN、抗氧化性能好，并可有效地控制精密刀具刃口形状及精度，在进行高加工中心精度加工时，加工精度毫不逊色于未涂层刀具。
PVD工艺对环境没有不利影响，符合绿色工业的发展方向。工业发达国家自20世纪90机床年代初就开始致力于硬质合金刀具PVD涂层技术的研究；90年代中期，硬质合金刀具PVD涂层技术已取得了突破性的进展，并普遍用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。
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