常規的過渡(dù)族金屬氮化物(wù)塗層,像TiN、CrN等早已被廣泛應用,但現代實際加工條件的愈加苛刻及更高的切(qiē)削加工精度要求使得它們無法滿足,故相繼開(kāi)發出成分多元化、功能(néng)多樣化(huà)的塗層。新型塗層具(jù)有比傳統塗層更高的(de)硬度和抗高溫氧化能(néng)力,已成為當今(jīn)具(jù)塗層發展的重要方(fāng)向。
常規塗層
(1)氮化鈦(TiN)塗(tú)層:TiN是利用PVD技(jì)術製備的一種最常見塗層,不僅可以提高刀具硬度、韌性、使用壽命,而且還(hái)有較高的抗(kàng)氧化溫度,該塗層相對來說具有一定(dìng)的抗腐蝕(shí)、抗氧化及耐磨損能力,故應用於(yú)高速鋼切削刀(dāo)具或成形工(gōng)具可獲得良好(hǎo)的加工質量。
(2)碳化鈦(tài)(TiC)塗層:TiC塗層是塗層(céng)技術初期最早被開發出來的一種單一塗層,塗層的的硬度比TiN高,較強(qiáng)的機械磨(mó)損性能和基體粘結力,在切削加工(gōng)過程中可降低加工阻力和切削溫度,其缺點是塗層脆(cuì)性、韌性、抗彎強度較低,適合於刀具產生劇烈磨損及連續切削的場合。
(3)氮碳(tàn)化鈦(TiCN)塗層:TiCN塗層是由(yóu)TiN塗層加入合金(jīn)化元素C,TiN晶格中(zhōng)部分氮原子被(bèi)碳原子所取(qǔ)代而形成的同時具有TiN和TiC優點和特(tè)征的三(sān)元塗層。TiCN在摩擦學應用的磨損機製(zhì)要優於(yú)TiN,這是(shì)因為TiCN塗(tú)層(céng)中C的(de)存在(zài)作為潤滑劑降(jiàng)低了摩擦磨損。但是,在溫度高於400℃時該塗層就(jiù)會失效,因(yīn)此TiCN塗層適合運用於(yú)工作溫度低於400℃高速鋼刀具。
(4)鈦鋁氮(TiAlN)塗(tú)層:TiAlN/AlTiN塗(tú)層是在TiN基本結構中Al替代Ti而形成的具有立(lì)方NaCl結構的複合塗(tú)層(céng)。該(gāi)塗層中氧化鋁(lǚ)的(de)存在使薄膜導熱性降低從而提高刀具的高溫加工(gōng)壽命。由於高硬度和(hé)耐磨性(xìng),以及良好的熱穩定性能(néng)和時效硬化(huà)能力,是最先(xiān)進的加(jiā)工工藝(例如:高速幹式切削)的首選耐磨材料(liào)之一。TiAlN比TiN塗層刀具具有高的硬度、氧(yǎng)化溫度,好的紅(hóng)硬性、附著力,低的熱膨脹係數(shù)及摩擦係數。切削性能優於TiN,可應用於(yú)鑄鐵、不鏽鋼、高溫合金的高速切削或幹式加工(gōng)。
(5)鋁鈦氮(AlTiN)塗層(céng):AITiN和TiAlN塗層區別在於鋁(lǚ)和鈦的比例不同,AlTiN塗層優(yōu)異的力學和熱學性(xìng)能(néng)被廣泛的應用於耐磨領(lǐng)域,這很大程度上歸功於鋁含量的增加。與(yǔ)TiN塗層相比,AITiN塗層作為刀(dāo)具的保護層,可減(jiǎn)少磨損量及更大的(de)衝(chōng)擊周期所導致的斷裂。由於晶粒細化後組織結構更加致密,AlTiN塗層比TiAlN塗層硬度更高(gāo),同時(shí)兼具(jù)了TiAlN塗層優(yōu)良的綜合機械性能,是高速下式加工的一種理想塗層。
(6)氮化鉻(CrN)塗層:CrN塗層基(jī)於高硬度,高的熱穩定性,抗磨損和抗(kàng)腐蝕性能(néng),是一種受歡迎的低摩擦塗層、極高的變形表麵和大晶(jīng)粒尺(chǐ)寸(cùn)的CrN結構可以為潤滑劑提供微儲藏,從而使(shǐ)CrN塗(tú)層也適用於在潤滑(huá)條件下工作的部件。另外,良好的抗粘結性(xìng)能使CrN刀具塗(tú)層在容易產生積(jī)屑瘤及(jí)切削鈦合金、鋁等軟材料加工中成為首選塗(tú)層。這種幾乎(hū)無形的CrN塗(tú)層塗覆在高速鋼、硬質合金材質的(de)車(chē)刀(dāo)、銑(xǐ)刀、成形刀(dāo)具上,可大大改善刀具(jù)的加工性能,因此,在(zài)工程中得到了廣泛應(yīng)用(yòng)。
(7)金剛石(Diamond)塗層:CVD金剛石塗層在刀具上的應用比較成熟,可為非鐵金屬材料加工刀具提供最佳性能,是加工陶瓷、石墨、金屬(shǔ)基複合材料(MMC)、高矽鋁合金、碳碳複合材料、高磨蝕材(cái)料等的理想塗層,這是因為刀具的磨損主要是由粘結、腐(fǔ)蝕(shí)、擴散等引起的熱(rè)、化學磨損,硬顆粒刻劃作用所導致的的機械磨損(注意:純金剛石塗層刀具熱穩定性差,在高溫條件下會失去硬度和碳化。除此之(zhī)外,與鐵有很強(qiáng)的親和力。故不適合加(jiā)工鋼鐵件(jiàn),以避免破壞塗層(céng)與刀具間的粘附層)。金剛石塗層刀(dāo)具有很高的熱導率、抗高溫(wēn)氧化性,刀具壽命高於(yú)沒有塗層的硬質合金刀具,最適(shì)合用(yòng)於表麵光潔度要求高、抗腐蝕磨損(sǔn)和抗磨粒磨損的切削加工情況。
(8)立方氮化硼(c-BN):立方氮化硼(péng)主要是在高溫高壓工藝下由(yóu)人工合成的立方聚晶氮化物,硬度和熱導率僅次於金剛石,具有熱膨脹、密度<
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