现代切削刀具涂层技术的发展趋势

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    制造业的发展离不开切削刀具，现代切削刀具已经成为提升制造业技术水平的关键因素之一，切削加工的要求日趋提高，高速、高精度、高效、智能和环保成为切削加工的追求目标；被加工材料的能级不断提高；高强和超高强度材料、高韧性、难切削等材料层出不穷；新形势下对切削加工提出的特殊要求，如加工硬度50HRC以上的硬加工、微润滑和无润滑的干切削不断涌现。总之,切削加工中的个性化特点日见显现。  
　　面对这些变化，若要求在刀具的设计和制造工艺或刀具材料的整体性能上来适应这些要求，技术上的难度是很大的，尤其对刀具材料而言，不仅在资源利用上极不经济，而且要求材料满足日趋复杂的综合切削性能，通常是难以做到的。  
　　而纵观刀具切削失效的大量实例可见，绝大部分的失效往往与材料表面的物理、化学、力学等状态构成的表面性能分不开，亦即现代切削加工对刀具材料表面性能的要求愈来愈高，这就有力地推动了气相沉积技术等表面工程技术的研究。实验结果表明，可通过材料表面改性技术的方法来赋予切削刀具表面的综合切削性能，作为刀具材料表面改性技术之一的化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)工艺技术，已在现代切削刀具的应用方面取得了十分理想的效果。  
　　目前，在作为切削刀具主流的硬质合金刀具中，涂层硬质合金刀具已占到80%以上，其中PVD技术，由于其工艺温度低，不会影响刀具基材的性能，且工艺方案变化多样，使得其应用日趋广泛。涂层技术已经成为构成现代切削刀具的三大核心技术之一。  
　　近几年来，不断提高的切削加工要求和被加工材料的能级以及减少切削加工对环境污染等有力地推动了现代切削刀具涂层技术的发展。膜系材料多元合金化、涂层工艺组合多样化中出现的TiAIN、TiAICN、CrSiN等多元复合涂层和多层涂使刀具获得了高耐磨、低摩擦、热稳定性好和抗氧化力强等良好的综合性能，大大提升了现代切削刀具的性能；纳米组分和纳米薄膜涂层的显微结构使得难加工材料的切削得到了新的解决办法；金刚石涂层和类金刚石涂层 (DLC)在加工石墨零件和纤维增强等非金属材料及有色合金材料方面取得了良好的效果。为适应涂层工艺的发展，涂层的工艺装备亦实现了集成化、模块化和智能化，使涂层技术日趋个性化。  
　　膜系材料的多元化  
　　当前，现代切削刀具涂层技术发展的趋势是膜系材料的多元化。膜系材料多元合金化仍然是目前主要的研究方向，即利用过渡金属的二元氮化物、碳化物往往可以彼此互溶的特性，在Ti-N膜中加入合金元素，形成复合氮化物涂层。  
　　例如目前在硬质合金涂层刀具中应用最多的TiAIN三元涂层，可通过调整AI元素的成份比例来获得不同的膜层性能。如在Ti-N中加入碳元素，通过碳原子的固溶和析出，可形成Ti(C、N)三元涂层，与Ti-N的单一涂层相比，这些多元涂层具有良好的综合性能，提高了抗氧化温度和耐磨性，又有低的摩擦系数。在Ti-N中同时加入AI、C元素，即可构成TiAICN的四元膜层。该膜层具有良好的热稳定性、高耐磨性和低摩擦的综合性能，已于硬加工领域的涂层立铣刀大量使用。如用于硬化模块的成型加工，不仅提高了加工效率，获得了良好的加工表面而且解决了先成型加工后热处理产生的变形问题，提高了模具的制造精度。  / ~" d( ^7 A) l. j