国内外切削刀具涂层技术发展综述(二）

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　　PVD技术在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视，人们在竞相开发高性能、高可靠性涂层设备的同时，也对其应用领域的扩展尤其是在硬质合金、陶瓷类刀具中的应用进行了更加深入的研究。研究结果表明：与CVD工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度无影响(试验结果见表1)；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。随着高速切削加工时代的到来，高速钢刀具应用比例逐渐下降、硬质合金刀具和陶瓷刀具应用比例上升已成必然趋势，因此，工业发达国家自九十年代初就开始致力于硬质合金刀具PVD涂层技术的研究，至九十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立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。

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　　表1不同温度下PVD涂层对硬质合金材料抗弯强度的影响

　　硬质合金牌号-平均抗弯强度(MPa)-未涂层-涂层(300℃)-涂层(600℃)-涂层(700℃)M20-2109-2266-2129-2059M30-2285-2469-2370-1894

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　　目前PVD技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度，涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx等多元复合涂层。ZX涂层(即TiN-AlN涂层)等纳米级涂层的出现使PVD涂层刀具的性能有了新突破。这种新涂层与基体结合强度高，涂层膜硬度接近CBN，抗氧化性能好，抗剥离性强，而且可显著改善刀具表面粗糙度，有效控制精密刀具的刃口形状及精度，其精密加工质量与未涂层刀具相比毫不逊色。

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　　经过几十年的研究和开发，各种刀具涂层工艺已广泛应用于硬质合金和高速钢切削刀具。涂层工艺的主要发展阶段及应用领域见表2。

　　表2主要涂层工艺发展时段及应用领域

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　　时间-涂层成分-涂层方法-主要应用领域1968年-TiC、TiN-CVD-硬质合金刀具、模具涂层1973年-TiCN、TiC+Al2O3-CVD-硬质合金刀具、模具涂层1979年-TiN-PVD-高速钢刀具涂层1981年-TiC+Al2O3+TiN、Al-O-N-CVD-硬质合金刀具涂层1982年-TiCN-MT-CVD-硬质合金刀具涂层1984年-TiCN-PVD-硬质合金、高速钢铣刀、钻头类刀具涂层1986年-Diamond、CBN-CVD、PVD-硬质合金刀具涂层1989年-TiAlN-PVD-硬质合金铣刀类涂层(用于钢、铸铁加工)1990年-TiN、TiCN、TiC-PCVD-模具、螺纹刀具、铣刀等1991年-TiAlN+CrC-PVD-车、铣削钛合金1993年-TiN+TiCN(CVD)+TiN(PVD)-CVD+PVD-硬质合金铣削类刀具1993年-CrN-PVD-钛合金、铜合金加工1994年-MoS2-PVD-高速钢复杂刀具涂层1995年-TiN-AlN-PVD-硬质合金铣刀片涂层1996年-厚膜纤维状TiCN-MT-CVD-硬质合金车削类刀具涂层(用于粗、半精加工)1996年-CNx-CVD、PVD-高速钢刀具涂层2000年-TiAlCN-PVD-硬质合金刀片涂层

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　　当前世界涂层技术的发展具有以下趋势：由于单一涂层材料难以满足提高刀具综合机械性能的要求，因此涂层成分将趋于多元化、复合化；为满足不同的切削加工要求，涂层成分将更为复杂、更具针对性；在复合涂层中，各单一成分涂层的厚度将越来越薄，并逐步趋于纳米化；涂层工艺温度将越来越低，刀具涂层工艺将向更合理的方向发展，预计PVD、MT-CVD工艺将成为主流技术。

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　　3我国刀具涂层技术的现状与发展趋势

　　3.1我国CVD技术的发展

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　　我国从二十世纪七十年代初开始研究CVD涂层技术，由于该项技术专用性较强，国内从事研究的单位并不多。八十年代中期，我国CVD刀具涂层技术的开发达到实用化水平，工艺技术水平与当时的国际水平相当，但在随后的十多年里发展较为缓慢(与国外研究状况类似)；九十年代末期，我国开始MT-CVD技术的研发工作，MT-CVD工艺及装备的研究开发预计可在2001年内基本完成，根据研究目标，工艺技术及设备将达到当前国际先进水平；我国PCVD技术的研究始于九十年代初，PCVD工艺技术主要用于模具涂层，目前在切削刀具领域的应用还十分有限。总体而言，国内CVD技术的总体发展水平与国际水平差距不大，待MT-CVD技术开发成功，我国在刀具CVD涂层领域的整体水平将可与国际先进水平基本保持同步。

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