什么因素造成涂层刀具达不到预期的切削效果

    在使用新型高性能涂层刀具时，可能出现达不到预期的切削效果，这是有许多因素造成的。例如涂层设备、工艺及涂层技术、质量和性能等，有些因素可通过长期实践及进一步研究、改进来逐渐解决。有关涂层质量方面问题 在进行多元多层复合涂层前，需要重点探索和解决多层金属元素之间的最佳配合、膜层的先后次序及其不同的厚度，合理控制涂层的工艺参数及应力问题。并要对涂层膜进行抽样检测，测定膜层厚度、分布均匀性、结合力、耐磨性和硬度等物理机械性能。 

    有关刀具基体质量方面问题 在高质量刀具基体上进行高质量涂层，才能有高性能涂层刀具。确保刀具基体的质量，应重视及控制刀具坯料的成分、含量及刀具的精加工工艺、热处理后的基体组织和硬度，我们曾对同一规格和精度但不同制造厂的两种丝锥进行多元多层复合涂层，这两种丝锥在使用时的切削寿命就有0.3~0.5倍的差别。此外，有些丝锥经精加工后，在刀刃上存在细微缺口，这些缺口会导致无法成膜或膜破裂，因而使用时产生崩刃或刃口裂痕。 切削刀具的结构与几何参数 这也是影响涂层刀具切削性能的重要因素，例如我们曾分别用带刃倾角和不带刃倾角丝锥进行注入Co离子处理，它们分别在相同条件攻制不锈钢螺孔，带刃倾角又注入Co离子的丝锥切削寿命明显提高。另外，分别使用前角gf≈29°和gf<10°又注入Co离子的丝锥切削，它们的切削效果均不太显著。 总之，对新型高性能涂层刀具的推广应用，不仅要严格保证改性涂层的质量，而且更应保证刀具基体的质量和性能。

    涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低，以及与基体附着牢固等要求。显然，单一的涂层材料很难满足上述各项要求。

    金刚石DLC涂层是新型刀具涂层材料之一。它利用低压化学气相沉积技术在硬质合金基体上生长出一层由多晶组成的金刚石膜，用其加工硅铝合金和铜合金等有色金属、玻璃纤维等工程材料及硬质合金等材料，刀具寿命是普通硬质合金刀具的50～100倍。金刚石涂层采用了许多金刚石合成技术，最普通的是热丝法、微波等离子法和DC等离子喷射法。通过改进涂层方法和涂层的粘结，已生产出金刚石涂层刀具，并在工业上得到了应用。

    类金刚石DLC涂层在对某些材料(Al、Ti及其复合材料)的机械加工方面具有明显优势。通过低压气相沉积的类金刚石涂层，其微观结构与天然金刚石相比仍有较大差异。九十年代，常采用激活氢存在下的低压气相沉积DLC，涂层中含有大量氢。含氢过多将降低涂层的结合力和硬度，增大内应力。DLC中的氢在较高的温度下会慢慢释放出来，引起涂层工作不稳定。

    不含氢的DLC硬度比含氢的DLC高，具有组织均匀、可大面积沉积、成本低、表面平整等优点，已成为近年来DLC涂层研究的热点。

    经过多年的研究表明：由于类金刚石涂层的内应力高、热稳定性差及与黑色金属间的触媒效应使SP3结构向SP2转变等缺点，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，切削时可以用冷却剂也可用于干切削，其寿命比无涂层刀有成倍的提高，可以加工钢铁材料，因而引起了涂层公司、刀具厂家的极大兴趣。假以时日，这种新型的类金刚石涂层将会在切削领域得到广泛的应用。