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一、硬质涂层
TiAlN、CrN、TiAlCrN是近几年来开发的硬质涂层新材料。TiAlN涂层刀片已商品化。它的化学稳定性和抗氧化磨损性能好,用其加工高合金钢、不锈钢、钛合金和镍合金时的刀具寿命可比TiN涂层高3~4倍。此外,TiAlN涂层中如果有合适的铝浓度,切削时在刀具前刀面和切屑的界面上还会产生一层硬质的惰性保护膜,该膜有较好的隔热性,可更有效地用于高速切削。例如,美国Kennametal公司推出的H7刀片,系TiAlN涂层,是专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。CrN是一种无钛涂层,适于切削钛和钛合金、铜、铝以及其它软材料,化学稳定性好,不产生粘屑。TiAlCrN是一种梯度结构涂层,不仅具有高的韧性和硬度,而且摩擦因数也较小,适用于铣刀、滚刀、丝锥等多种刀具,切削性能明显优于TiN。
二、氮化钛涂层
超级氮化钛涂层有很高的含铝量,可形成稳定的氧化层(氧化温度达1000℃),它比一般的TiAlN涂层更硬、更致密、更耐高温,适用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具,可加工硬度高达58HRC以上的淬火钢。
三、纳米涂层
纳米超薄膜涂层工艺已日趋成熟。据报道,日本某公司推出了一种高速强力型钻头,它是在韧性好的K类(WC+Co)硬质合金基体上交互涂覆了1,000层TiN和AlN超薄膜涂层,涂层厚度约2.5微米。使用表明,该钻头的抗弯强度与断裂韧性可大幅度提高,其硬度则与CBN相当,刀具寿命可提高2倍左右。该公司还开发出ZX涂层立铣刀,超薄膜镀层数达2,000层,每层厚度约1nm,用该立铣刀加工60HRC的高硬度材料,刀具寿命远高于TiCN和TiAlN涂层刀具。第八届中国国际机床展览会(CIMT2003)上,瑞士某公司推出的纳米结构涂层(AITiN/SiN) 立铣刀,其涂层硬度为45GPa,氧化温度1100℃,切削对比试验表明,其寿命比TiN涂层立铣刀高3倍,比TiAlCN涂层立铣刀高2倍。除上述AITiN/SiN、TiAlCN新涂层外,还有特定功能的涂层,如MoS2、DLC润滑涂层,其摩擦因数小(0.05),适于涂覆丝锥、钻头等刀具,可改善排屑性能,或者作为复合涂层的表面涂层,减少切屑的粘结。
涂层刀具已成为现代切削刀具的标志,在刀具中的使用比例已超过50%。切削加工中使用的各种刀具,包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。
四、区分
涂层刀具有四种:涂层高速钢刀具,涂层硬质合金刀具,以及在陶瓷和超硬材料(金刚石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具。但以前两种涂层刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂层是硬度较基体低的材料,目的是为了提高刀片表面的断裂韧度(可提高10%以上),可减少刀片的崩刃及破损,扩大应用范围。
五、新型涂层技术
Ti-Al-X-N新型涂层技术是利用气相沉积方法在高强度工具基体表面涂覆几微米高硬度、高耐磨性难熔Ti-Al-X-N涂层,从而达到减少刀具磨损,延长寿命,提高切削速度的目的。它是高档数控机床与基础制造装备国家重大专项课题取得的重要成果。
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