梯度硬质合金涂层基体的制备(四)
工业发达国家自90年代初就开始致力于硬质合金刀具PVD涂层技术的研究,90年代中期取得了突破性进展,PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异型刀具、焊接刀具等的涂层处理。我国PVD涂层技术的研发工作开阴极离子镀膜机,并开发了高速钢刀具TiN涂层工艺技术。90年代末国内成功开发出硬质合金TiNTiCNTiN多元复合涂层工艺技术并达到实用水平。但与国际发展水平相比,我国硬质合金刀具PVD涂层技术仍落后10年左右。目前国外刀具PVD涂层技术已发展到第4代,而国内尚处于第2代水平,且仍以单层TiN涂层为主。
4.PVD、CVD涂层技术
对比目前约有80%的硬质合金刀具采用CVD技术进行超硬材料涂层。自20世纪80年代初TiNPVD涂层高速钢刀具投入工业应用以来,人们一直在探索能否用PVD代替CVD工艺对硬质合金刀片进行涂层。因为与CVD涂层技术相比较而言,PVD涂层技术有以下几个优点:(1)PVD技术沉积温度低,可以在500℃左右沉积TiN等超硬涂层,因此不会降低基体材料原有抗弯强度,涂层与基体间也不会产生η相,扩大了应用范围;(2)涂层具有微细结构,在涂层内部产生压应力,抗裂纹扩展能力强;(3)涂层表面光滑,比CVD涂层更能有效地阻止前刀面上的横裂纹扩展,同时可降低摩擦系数;(4)可以使用刃口锋利的刀具作基体,这一点对于高速切削非常重要。
尽管PVD涂层有CVD涂层难以比拟的优点,但实践表明,一般车削(部分铣削)刀片的TiC/Al2O3或TiC/Al2O3/TiNCVD涂层性能仍优于PVD涂层,这里除CVD技术可进行αAl2O3涂层外,涂层与基体的结合强度比PVD涂层高也是其性能优于PVD技术的一个重要因素。涂层硬质合金刀片的划痕实验表明,PVD涂层的临界载荷一般为30~40N,而CVD涂层的临界载荷可>90N;CVD涂层的厚度可达8~0μm,而PCD涂层的厚度必须控制在3~5μm,否则涂层容易产生剥落现象。此外硬质合金刀片CVD涂层工业化成本低于PVD涂层,这也是CVD技术应用更为广泛的原因之一。
CVD和PVD两种技术在硬质合金刀具涂层中仍将并存和相互补充,并因其自身的优点而在刀具涂层比例中占有各自的份额。一般说来,高速钢等钢制工具、锋利的硬质合金精切刀片和硬质合金整体多刃刀具采用PVD技术涂层比较理想。其余大部分硬质合金刀片均可采用CVD技术涂层。而且,CVD涂层也在不断发展,目前除采用中温CVD涂层以减小硬质合金强度的降低幅度外,还可采用计算机精确控制单层涂层厚度,避免涂层形成柱状晶,以满足精切硬质合金刀片的涂层要求。
梯度硬质合金基体表层碳含量的控制
硬质合金中碳含量控制是一个非常关键的问题。当合金中缺碳时,在合金中会形成脆性η相,η相的出现将大幅降低硬质合金的断裂韧度和强度。目前已知的η相主要有M6C型的Co3W3C、Co2W4C;M12C型的Co6W6CF、Co6W6C104F;Co3W9C4,除此之外,还有Co2W6C、Co2W8C3和Co3W10C4等。当合金中碳过量时,合金中的石墨相也将对合金的性能产生不利影响。采用化学气相沉积方法在梯度合金基体表面涂敷TiC高硬耐磨材料,在1000℃时,发生如下反应:
文章关键词:
页:
[1]