对于今后的模具表面处理技术技改方向大家的共同关注点在于新技术的应用

      针对目前我国的模具表面处理技术的应用现状我刊经过用户抽样问卷调查发现，目前，模具制造企业主要应用的表面处理技术仍是以传统的表面淬火、渗碳/氮技术、电镀与化学镀技术为主，而这些技术都不同程度地存在表面硬度分布不均、热处理变形等难以解决等多方面的问题。

     对于今后的技改方向，大家的共同关注点在于新技术的应用，如表面涂层技术、TD覆层处理技术、激光表面强化技术和电子束强化技术等。CVD技术CVD（化学气相沉积）和PVD（物理气相沉积）技术均被广泛应用于模具表面处理，其中刀具PVD涂层加工技术具有更卓越的抗高温氧化性能和强大的涂层结合力，在高速钢切边模、挤压模上应用效果良好。

    合理地应用刀具PVD涂层模具表面处理技术，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。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。

    目前已有许多种刀具涂层可供选择，包括刀具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。本文将介绍一些刀具涂层共有的属性以及一些常用的PVD、CVD涂层选择方案。在确定选用何种涂层对于切削加工最为有益时，涂层的每一种特性都起着十分重要的作用。

    1.涂层的特性

    （1）硬度

    涂层带来的高表面硬度是提高刀具寿命的最佳方式之一。一般而言，材料或表面的硬度越高，刀具的寿命越长。氮碳化钛（TiCN）涂层比氮化钛（TiN）涂层具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN涂层的硬度提高了33%，其硬度变化范围约为Hv3000～4000（取决于制造商）。表面硬度高达Hv9000的CVD金刚石涂层在刀具上的应用已较为成熟，与PVD涂层加工刀具相比，CVD金刚石涂层刀具的寿命提高了10～20倍。金刚石涂层的高硬度和切削速度可比未涂层刀具提高2～3倍的能力使其成为非铁族材料切削加工的不错选择。

    （2）耐磨性

    耐磨性是指涂层抵抗磨损的能力。虽然某些工件材料本身硬度可能并不太高，但在生产过程中添加的元素和采用的工艺可能会引起刀具切削刃崩裂或磨钝。

    （3）表面润滑性

    高摩擦系数会增加切削热，导致涂层寿命缩短甚至失效。而降低摩擦系数可以大大延长刀具寿命。细腻光滑或纹理规则的涂层表面有助于降低切削热，因为光滑的表面可使切屑迅速滑离前刀面而减少热量的产生。与未涂层刀具相比，表面润滑性更好的涂层刀具还能以更高的切削速度进行加工，从而进一步避免与工件材料发生高温熔焊。

    （4）氧化温度

    氧化温度是指涂层开始分解时的温度值。氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。虽然TiAlN涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层，但事实证明它在高温加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间形成一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速钢刀具相比，硬质合金刀具的切削速度通常更高，这就使TiAlN成为硬质合金刀具的首选涂层，硬质合金钻头和立铣刀通常采用这种PVDTiAlN涂层。

    （5）抗粘结性

    涂层的抗粘结性可防止或减轻刀具与被加工材料发生化学反应，避免工件材料沉积在刀具上。在加工非铁族金属（如铝、黄铜等）时，刀具上经常会产生积屑瘤（BUE），从而造成刀具崩刃或工件尺寸超差。

    一旦被加工材料开始粘附在刀具上，粘附就会不断扩大。例如，用成型丝锥加工铝质工件时，加工完每个孔后丝锥上粘附的铝都会增加，以至最后使得丝锥直径变得过大，造成工件尺寸超差报废。具有良好抗粘结性的涂层甚至在冷却液性能不良或浓度不足的加工场合也能起到很好的作用。

   PVD涂层加工技术广泛应用于航天航空、汽车、机床、化工机械、船舶制造、动力设备、五金工具、医疗器械、标准件制造等领域。工具（刀具）涂层后，可提高使用寿命3-10倍，可提切削效率30%以上，模具涂层后，可大幅降低修模次数，提高模具的脱模性，保证加工精度，从而达到提高模具使用寿命的目的。采用特殊涂层的工模具具有防酸、防腐、耐高温的性能，以应对各种特殊使用环境。

   PVD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，有望部分或完全替代TiN ，尤其适用于高速切削。文中对国内外TiAlN涂层刀具的发展与应用状况进行了综合评述，并着重分析了TiAlN涂层工艺及其切削性能。 

   对刀具进行涂层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。