刀具PVD涂层加工可以代替数种非PVD涂层刀具使用

    刀具PVD涂层加工可以代替数种非PVD涂层刀具使用，因而可以大大减少刀具的品种和库存量，简化刀具治理，降低刀具和设备本钱。但是刀具在现有的涂层工艺进行涂层后，因基体材料和涂层材料性质差别较大，涂层残留内应力大，涂层和基体之间的界面结合强度低，涂层易剥落，而且涂层过程中还造成基体强度下降、涂层刀片重磨性差、涂层设备复杂、昂贵、工艺要求高、涂层时间长、刀具本钱上升等缺点。

   目前已有许多种刀具涂层可供选择，包括刀刀具PVD涂层、CVD涂层以及交替涂覆PVD和CVD的复合涂层等，从刀具制造商或涂层供应商那里可以很容易地获得这些涂层。

PVD真空涂层主要应用:

a.切削刀具类

　　细微纳米级颗粒的PVD涂层显微结构兼备高韧性、高硬度、高抗氧化性的特性，并可实现加工过程中无摩擦排屑的极光滑表面。在涂层沉积过程中，做到涂层与产品基体的超强附着，同时可以有效的控制涂层的沉积厚度（单边0.5微米─5微米），针对不同的产品类型涂层处理。刀具PVD涂层PVD后的刀具也具备了CVD后的热稳定性，从而实现刀具（拉刀、铣刀、丝攻、钻头、刀粒、分中棒等）的强力高效加工，使其具备卓越的使用性能。　　

b.模具类、模具配件及机械零件类

　　针对不同的模具（塑胶模、五金冲压模、压铸模、、成型模、引伸模、拉伸模、翻边模等）和模具配件（冲棒、顶针）、机械耐磨、耐蚀零件等高要求五金制品所采用的PVD涂层工艺，可显著提高产品表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性以及润滑性；并能方便脱膜，大力提升模具、零件的品质（如表面粗糙度、耐磨性、精度等）和使用寿命，使其有效的发挥产品的潜能。

　　c.医疗器械、金属五金制品类

　　PVD涂层技术可以广泛应用于各类磨损、咬合、腐蚀、粘着、融合等而引起失效的工具、模具、机械零件、医疗器械等。其中，因磨损引起的失效的产品（如：冲裁、冷镦、粉末成型等）涂层后可提高寿命2-20倍以上；因咬合引起产品或模具的拉伤问题（如：引伸模、拉伸模、翻边模等），涂层后可以从根本上予以解决。PVD涂层处理适用的材料：承受加热温度大于230度而不受影响的金属材料。

    合理地应用刀具PVD涂层加工表面处理技术，可以降低的工艺成本使模具寿命提高5～10倍甚至几十倍，经济效益十分显著。

目前，各种模具表面处理新技术正得到业界越来越多的关注和推广应用。对模具表面进行处理的主要目的在于提高表面硬度、耐磨性和耐蚀性等，从而提高模具产品质量，延长模具使用寿命。

合理地应用模具表面处理技术以获得高精度的模具表面，是生产精度高且表面质量好的产品的必要条件。表面强化工艺成本较低，而模具寿命却可提高5-10倍 合理地应用模具表面处理技术，可以以较低的工艺成本使模具寿命提高5～10倍甚至几十倍，经济效益十分显著。

    对小型圆形刀具进行正确的表面处理可以提高刀具寿命，减少加工循环时间，提升加工表面质量。但是，根据加工需要正确选择刀具涂层有可能是一件令人困惑和费劲的工作。每一种涂层在切削加工中都既有优势又有缺点，如果选用了不恰当的涂层，有可能导致刀具寿命低于未涂层刀具，有时甚至会引出比涂层以前更多的问题。

  物理气相沉积技术刀具PVD涂层常被用在切削刀具上，以延长刀具的使用寿命及提高其硬度。当然，不同的应用情况都有其特定的涂层，能够达到最好的应用效果。

　　刀具PVD涂层的特点

　　（1）力学和切削性能好。涂层刀具将基体材料和涂层材料的优良性能结合起来，既保持了基体良好的韧性和较高的强度，又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低摩擦系数。因此，涂层刀具的切削速度与未涂层的相比，切削速度可提高2~5倍，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。

　　（2）通用性强。涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用，因而可以大大减少刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。

　　切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术。采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命，使刀具获得优良的综合机械性能，从而大幅度提高机械加工效率。因此添加涂层的切削刀具会提升使用寿面。

   一般情况下，AlTiN是常见的刀具涂层。对于一些特殊的加工材料，Al2O3涂层能够取得更好的效果。

　　 在加工过程中，切削刀具将承受几方面的损伤，如切削热、高压、磨损和热振荡。刃口的温度将超过1000℃。这种极端的热量将破坏刀具材料各成分的结合力及其他成分，还有可能导致刀具和被加工材料间发生有害的化学反应。磨损是切削过程中始终发生的情况，刀具和被加工材料间的接触面将承受大于140bar（1bar=0.1MPa）的压力。热振荡：刀具的快速加热和冷却是加工过程中非常普遍的情况；在切削过程中，刀片被加热，当刀片离开切削面时，刀片被冷却。机械振荡在加工断续表面时经常发生。根据具体操作和被加工工件的情况，机械振荡有时扮演着车削加工的角色。粘连磨损经常发生在被加工材料粘连在刀具表面的情况下。

　　为了解决上述这些在切削过程中不利因素的影响，许多切削刀具都通过在PVD设备内的电弧沉积技术沉积了一层AlTiN涂层。AlTiN类的涂层主要应用在干式高速切削加工中，具有很多的优点，如高硬度（HV>30GPa），很好的耐磨损性能，很好的耐高温氧化性（850℃），以及低的热传导性。 

   对刀具进行刀具PVD涂层加工处理是提高刀具性能的重要途径之一，随着涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破。涂层刀具可以提高加工效率和加工精度，延长刀具使用寿命，降低加工成本。 

   自20世纪70年代以来，刀具涂层技术取得了飞速发展，涂层工艺越来越成熟。西方工业发达国家使用的涂层刀片占可转位刀片的比例已由1978年的26%增加到1985年的50～60%。新型数控机床所用切削刀具中有80%左右使用涂层刀具。瑞典山特维克公司和美国肯纳金属公司的涂层刀片的比例已达80～85%以上。美国数控机床上使用涂层硬质合金刀片比例为80%，瑞典和德国车削用涂层刀片已占70%以上。1981年～1985年期间，前苏联的刀具产量增加了16%、硬质合金刀具增加了29%，而涂层刀具则增加了5倍。涂层刀具己成为现代刀具的重要标志，并将是今后数控加工领域中最重要的刀具品种之一。 

    TiAlN涂层作为一种新型涂层材料，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性，尤其适用于高速切削高合金钢、不锈钢、钦合金、镍合金等材料。在要求高耐磨性的场合下，鉴于TiN涂层在高温性能方面所表现出的不足，TiAlN有望部分或完全替代TiN，因此，TiAlN涂层刀具具有极其广阔的应用前景。 

    自1985年Knotek等首次发表了关于TiAlN涂层的研究成果后，人们便对其优异的抗高温氧化能力和良好的使用性能表示了极大的关注，已经用多种PVD方法成功制备了TiAlN膜。由于TiAlN涂层的制备方法不尽相同，已见报道的TiAlN涂层的性能也有差异。TiAlN涂层具有高的硬度和氧化温度，随着涂层的多层化和纳米化，TiAlN涂层的性能正在逐渐提高。TiAlN的化学稳定性好，抗氧化磨损能力强，其硬度为3400～3600HV)，耐磨性仅低于类金刚石膜，是目前国际工具行业最为推崇的超硬涂层。  

   当Al含量超过50%时，为了区别于TiAlN，有人称其为AlTiN。AlTiN涂层的硬度随含铝量的增加而提高，铝含量可以超过65%；当铝含量提高后也会形成较软的AlN相，使其硬度降低，但是铝含量并不是影响硬度的唯一因素。AlTiN的硬度可达4500HV。目前TiAlN/Al2O3多层PVD涂层也已研究成功，这种刀具的涂层硬度可达4000HV，涂层数为400层(厚度5nm)，切削性能优于TiC/l2O3/TiN涂层刀具。