刀具的两个适用性和一个匹配性(3)

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　　刀具涂层：有资料说，所有切削刀具中70-80%都是涂层刀具。涂层改善了所有切削刀具基体材料的切削性能：高速钢(HSS)、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、超硬材料等等。刀具为什么需要进行涂层？它的主要作用包括以下几个方面：延长刀具寿命抗磨粒磨损抗月牙洼磨损防止积屑瘤的产生提高加工效率通常以通过提高切削速度的方式实现改善工件表面光洁度通常的刀具涂层分为化学涂层(CVD)和化学涂层(PVD)两大类别。化学涂层主要用于涂覆碳化钛(TiC)、碳氮化钛(TiCN)、氮化钛(TiN)、三氧化二铝(Al2O3)、金刚石(Diamond)等，而物理涂层可涂的种类繁多，如氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、氮铝化钛(TiAlN)、二硼化钛(TiB2)、氮化锆(ZrN)、氮化铬(CrN)，还有铝含量比氮铝化钛更高的氮钛化铝(AlTiN)，用铬来代替钛的氮铬化铝(AlCrN)等等。另外还有一些如中温化学涂层(MT-CVD)的碳氮化钛(TiCN)，一些等离子技术的化学涂等等。近年来，相比化学涂层而言，物理涂层的发展很快，新的涂层品种层出不穷。但是在常规的钢铁加工中，三氧化二铝(Al2O3)涂层依然是绝对的主力。就目前的技术而言，要想取得耐热性能优越的Al2O3膜层，尤其是稳定的a相Al2O3，化学涂层还是最好的选择。目前各家刀具制造厂商都在致力于在保证涂层结合力的前提下努力增厚Al2O3膜层的厚度，改善涂层与基体结合力、改善多层涂层的层间结合力、改善表层涂层与工件的接触，甚至设法控制膜层的晶粒按事先选定的方向成长。2006年9月，我曾陪同《工具技术》主编辛节之先生和《机械工人(冷加工)》主编王天谌先生采访肯纳金属旗下金属加工解决方案和服务集团(Metalworking Solution & Server Group, MSSG)的副总裁伯纳德·诺斯(Bernard North)时，诺斯先生谈到肯纳金属的涂层厚度已经可以达到约30µm，而他们正式推向市场的经过升级的KC9110的涂层厚度达到了24µm。由于类似这种涂层技术的突破，客户应用KC9110这种牌号的平均切削速度由5年以前的约为250m/min提高到平均320m/min。山高刀具则发表了他们研究和改善涂层晶核形成的成果。山高刀具认为，最优化的成核作用使得磨损性能显著提高，而且这些种类的a-Al2O3层通常由相对较小的、表现为无孔隙度的无缺陷颗粒组成。<1 0 1 4>结构的a-Al2O3层表现出最佳的耐磨性。山高新的a基Al2O3镀层DurAtomic"的制造水平达到原子级。结果使机械和热特性超过所有目前生产的Al2O3的能力。与传统生产的Al2O3相比，DurAtomic"镀层表现出更高的耐久性/韧性、杰出的耐热/耐磨性、化学惰性，并因此减少有关积屑瘤形成的倾向。山高的a基Al2O3镀层DurAtomic"似乎是抛弃了最外表层覆盖TiN膜层以方便识别磨损的定律，以让a-Al2O3镀层能够达到更厚的厚度。从山高提供的资料看，DurAtomic"的膜层确实也是具备很强竞争力的。但是化学涂层由于涂层温度较高(约900～1000℃)，基体与膜层间会出现一种脆性的η相，同时由于基体与膜层两者热膨胀系数不同而在高温下导致涂层中裂纹的产生。η相对涂层的结合力起着负面作用。微小的少量表面裂纹对刀具切削时是否具有负面作用虽然还没有确实的证据支持，但至少是涂层表面裂纹扩展的一个隐患。因此，德国豪泽涂层技术公司与瓦尔特合作开发了在较低的温度下用物理涂层的方法制备Al2O3膜层的技术。对于这种技术，其Al2O3膜层的金相组织、稳定性等情况我都还不得而知，但据瓦尔特(无锡)有限公司技术总监鄂有鹏先生介绍，该涂层在加工不锈钢和难加工材料方面的表现，还是可圈可点的。据我所知，就改善涂层与刀具基体材料的结合力而言，涂前的处理非常重要。良好的表面处理不仅能改善涂层附着强度，使表面更光滑，还有助于减少积屑瘤的产生，微崩刃，降低切屑流动的危害。而我们国内有些刀具制造企业在涂层前不做认真、仔细的处理，这就降低了涂层与刀具之间的结合力，使涂层刀具原来应该有的优点不能完全发挥出来。

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