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“木匠刀具涂层技能研讨”

化学气相堆积法（cvd)和物理气相堆积法 (pvd)将较硬的资料涂到硬质合金、髙速刚刀具外表，提髙刀具耐磨性、化学稳定性等性能已在金属

切削刀具中得到了充分的证实。现在在发达，涂层高速刚刀具的使用率已占金属切削髙速刚刀具的50p%，涂层硬度合金刀片已占硬质合金

转位刀片的60p%。我国从八十年代初开端研 究涂层技能，八十年代中期涂层逐渐在工业生产中得到了使用，并开端从工业发达引入---的涂层设备和技能。

1.涂层高速钢

由于cvd是一种高温工艺，高速刚刀具经涂层后需求从头热处理，这样就会发作变形，降低刀具的精度。因此.高速钢涂层常选用pvd涂层。

pvd法的堆积温度低于髙速钢回火温度，可使预先经热处理的髙速刚刀具机械性能不受影响，还可防止刀具变形。高速刚刀具选用的pvd涂层办法

包括多弧离子涂、空心阴极离子涂和阴极等离子涂技能。

髙速刚刀具常用涂层资料有tin和tic，实际使用证实tin涂层性能较为明显，而tic是金属成型东西、螺纹滚压成型模具等作业外表的理想涂层。除此之外，还在研讨开发ticn、crcn涂层材

料及tic-ticn、ti-tic-tin等复合涂层。我国开

发研讨的（ti，ai)n新型涂层资料，其硬度和耐磨 性均高于tin涂层，由于（ti，ai)n与基体之间有一过渡层（a —ti fetd，因此使涂层与基体之间具有较强的结合强度，提髙了涂层的耐磨性。

髙速刚刀具涂层目的是提髙刀具耐磨性和化学稳定性。但tin和tic化学稳定性并不令人满意，tic涂层在300400c时就开端氧化，tin涂层在450 c以上时也开端氧化。

2.涂层硬质合金

硬质合金是由硬度和熔点都很髙的碳化物和金属粘结剂组成，用粉末冶金工艺制成的。硬质合 金的硬度---，可达hrc7482，耐磨性也较好，

---是耐热性，它所答应的作业温度可达800‰1000c。因此，硬质合金涂层既可选用cvd技能，也可选用pvd技能。等离子辅佐化学气相堆积

(pcvd)利用cvd和pvd的利益，成功地用于硬质合金涂层。由于涂层温度（450650 c)低，在硬

质合金基体与涂层资料之间不会发作分散、相变或 交流反响，因此基本上坚持了刀片原有的韧性，具有---的切削性能。此外，硬质合金刀具还可以采 用cvd和pvd联合涂层办法：经cvd涂层后又

进行pvd涂层。其间cvd涂层资料为tic和tin，主要目的是提髙刀片刃口的尖利性。

3.涂层木匠刀具

近来研讨标明tin涂层高速刚刀具在切削山毛榉、栋木、云杉和翠柏时，刀具耐磨性都有不同程 度的提高。但是，关于硬质合金刀具而言，涂层后的

耐磨性，其成果比较复杂。在用tin涂层硬质合金锯齿时，锯齿的耐磨性仅有轻微的改进。用a12os- tic复合涂层（cvd法）时，也只有轻微的提髙（涂在锯齿的前刀面，切削柏树）。另一研讨发现，在铣

削刨花板时，tin涂层硬质合金刀具（cvd法）的耐磨性改进甚微；tin涂层锯齿前刀面，耐磨性有

些改进。以上研讨显示?木匠刀具耐磨性和涂层的 关系并不能阐明涂层的真实价值。

在用pvd法涂层木匠刀具进行切削试验时，发现t!n涂层的碳化钨硬质合金锯片（涂覆前齿面）锯切硬质纤维板时，锯齿磨损量降低了，但锯切

刨花板、胶合板时，却没有明显的---性。

硬质合金刀具通过涂层后，耐磨性之所以改进不明显，是因为刀具刃口邻近的涂层资料过早地脱落。cvd法涂层温度较髙，导致在基体和涂层之间

构成脆性的粘结相。在涂层剩余应力及切削热、切削力作用下，刃口上的涂层很快地脱落。和cvd法相比，pvd法涂层温度低得多。因此，pvd法涂层的刀具，可获得较好涂层结构和髙的涂层硬度，刀具刃口尖利度也改进了。此外，pvd法涂层刀具有较好抗龟裂的能力。

九十年代中期，研讨人员在用pvd法涂层木匠刀具方面进行了一些研讨，从硬质合金碳化物尺寸、粘结剂含量和涂层资料等方面进行研讨。碳化

物颗粒尺寸分别为0.8pm，1.7;im和1.7fxm，对应的钴含量分别为3%，4%，6%和10%。涂层资料为tin，tin-ticn-tin和tialn2，对应的涂层厚度为3. 5/xm，5.5pm和3/im。涂在刀具的前刀面上。试验成果标明三种涂层资料均出现涂层剝落，硬质合金刀具材料，

但tin和tkn、cn)要比tialn2小得多，并且细颗粒和低含钴量的刀具，耐磨性提髙了10%至30%。但关于含钴量髙的刀具，涂层反而降低了耐磨性。研讨还---涂层粘结强度是涂层脱落的致命因素。

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1.刀具涂层的特点

　　（1）力学和切削功用好。涂层刀具将基体资料和涂层资料的优良功用结合起来，既坚持了基体---的韧性和较高的强度，又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低冲突系数。因而，涂层刀具的切削速度与未涂层的相比，切削速度可进步2~5倍，运用涂层刀具能够获得明显的经济效益。

　　（2）通用性强。涂层刀具通用性广，加工范围明显扩展，一种涂层刀具能够替代数种非涂层刀具运用，因而能够---削减刀具的品种和库存量，简化刀具管理，下降刀具和设备本钱。

2.涂层的分类

　　依据涂层办法不同，涂层刀具可分为化学气相堆积涂层刀具、物理气相堆积，涂层刀具及混合工艺及组合技能。cvd涂层原理如图1a所示，pvd涂层原理如图1b所示。混合工艺是等离子辅助cvd技能与传统的pvd技能进行有用的结合。比如先堆积传统的crn硬质涂层，再在上面堆积一层用于削减冲突的dlc涂层。组合技能是涂层前对东西或零部件的外表层进行氮化，能够进步涂层的---。

　　cvd能够涂覆耐磨损性优异的ticn、耐热性非常优异的al2o3厚膜，因而在发生高温的高速、率切削加工中能显示出长寿命，cvd涂层如图2a所示。

　　pvd一般用在与无涂层硬质合金、高速钢相同或较高速的切削速度条件下，以延常刀具寿命为方针。对基体制约少、损伤小，硬质合金刀具制造，因而---适合用于要求耐磨损性、耐崩刃性的刀具，也适用于要求锋利刃口的低进给加工与精加工或螺纹加工东西等，pvd涂层如图2b所示。

　　依据涂层刀具基体资料的不同，涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具以及在陶瓷和超硬资料（金刚石和立方氮化硼）上的涂层刀具等。涂层硬质合金刀具一般选用化学气相堆积法，堆积温度在1 000℃左右。涂层高速刚刀具一般选用物理气相堆积法，堆积温度在500℃左右。

　　金刚石涂层选用cvd（化学蒸镀法）在硬质合金基体上组成。组成的涂层具有与天然金刚石相---的硬度与导热系数，在非铁资料的加工中发挥着优异的功用。金刚石涂层刀具由于其---的切削功用，在切削加工范畴具有广阔的使用前景，是加工石墨、金属基复合资料、高硅吕合金及许多其他耐磨蚀资料的理想刀具，目前其主要使用范畴是轿车和航空航天工业。金刚石涂层刀具的组织如图3所示。

　　依据涂层资料的性质，涂层刀具又可分为两大类，即“硬”涂层刀具和“软”涂层刀具。“硬”涂层刀具寻求的主要方针是高的硬度和耐磨性，其主要长处是硬度高、耐磨性好，典型的是tic和tin涂层，各种涂层刀具如图4所示。“软”涂层刀具是选用固体润滑剂如mos2、ws2等制备的刀具，“软”涂层寻求的方针是低冲突系数，也称为自润滑刀具，它与工件资料的冲突系数很低，只有0.1左右，可减小粘、减轻冲突、下降切削力和切削温度。

　　对刀具进行涂层处理是进步刀具功用的重要途径之一，涂层刀具的出现，使刀具切削功用有了较大的进步，使用范畴不断扩展，涂层刀具在数控加工范畴有---潜力，将是往后数控加工范畴中重要的刀具品种。目前国外硬质合金可转位刀片的涂层份额在70%以上，欧洲齿轮刀具的涂层份额---90%。涂层技能已使用于立铣刀、铰刀、复合孔加工东西、齿轮滚刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转位刀片，满意高速切削加工各种钢和铸铁、耐热合金和有色金属等资料的需求。

3.涂层刀具的制备

　　精密东西、零部件和功用件的新式高功用涂层都是由涂层炉出产出来的。由于不同的使用需求不同品种的涂层，且需求快速的交货期，因而涂层炉有---要有满足的灵活性，以---出产不同系列的涂层都能有蕞佳的本钱效益。现代化的涂层设备能够在金属、陶瓷乃至是塑料的外表进行快速、稳定且全自动的涂层。现代涂层设备有---满意以下原则：单炉时间短。日常运营本钱低。灵活性高。设备保养和备件费用本钱规划低。出产---性高。全自动操作。ce，工作安全标准高。

4.涂层的选用

　　为了---地挑选和开展刀具及零部件的蕞佳---，需求辨别其主要及特定的磨损性和失效机理。磨损、粘附、腐蚀和疲惫都视为磨损机理，而且都取决于实践的使用。经历---，资料的冲突和磨损都不是资料的原因，而是整个系统的原因。因而，在挑选涂层前就有---分析整个冲突系统，包括零部件的技能功用、抗压力范围以及磨损机理的类型。

5.结语

　　正确选用涂层是合理运用涂层刀具和充分发挥涂层功用的前题。现在的涂层主要是以tin和crn为主。当然dlc涂层和用于铝压铸模具的新式微合金涂层的使用也越来越广泛。在曩昔几十年间，为了满意对功用涂层不断的要求，工业等离子外表技能获得了十分迅猛的开展。---，新的挑战也会推进现行的涂层技能和新涂层概念及其使用向更---的方向开展。经过使用新的蒸发设备和溅射理念以及脉冲技能，电弧pvd和溅射工艺也将愈加---。经过选用密度的等离子体和优化的电弧蒸发技能能够生成微合金涂层和---规划的多结构涂层。涂层的纳米规划也将成为东西开展方向之一。