刀具涂層材料的分類及分析進展(編輯修改稿)
2025-08-30 01:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 磨損和抗月牙洼磨損能力。 TiN 涂層材料是目前應(yīng)用最廣的一種薄膜材料，它的硬度稍低，但它與金屬的親和力和潤濕性能好，在空氣中抗氧化能力比TiC 好，但由于它的耐高溫抗氧化性能不高限制了它的更廣泛的應(yīng)用。 為改善單層薄膜的性能，涂層的多元化( 加入其它合金元素) 和多層化成為了研究的熱點。 多元化薄膜如TiCN 具有了TiC 和TiN 的綜合能力，其硬度高于TiN 和TiC，因此是一種較為理想的刀具涂層材料。TiAlN 是含有抗氧化能力良好的Al 的一種涂層，通常采用PVD( 物理氣相沉積) 方法來制備，在切削過程中Al 氧化而形成Al2O3，從而起到抗氧化和抗擴散磨損的作用，在高速切削時，TiAlN 涂層刀具的切削效果優(yōu)于TiN 和TiCN 涂層刀具，主要原因是TiAlN 涂層刀具的硬度、抗氧化和抗粘結(jié)能力高，尤其是由于TiAlN 涂層刀具具有很高的高溫硬度．多層化薄膜如TiAlN/ Al2O3多層PVD 涂層等目前研究也較多，其涂層硬度達4000 HV，涂層數(shù)為400 層( 總厚度5 μm) 。最近又開發(fā)了納米涂層( Nano － scaled coating) 技術(shù)，這種方法可采用多種涂層材料的不同組合滿足不同功能和性能要求，特別適合于高速干切削。硬質(zhì)合金刀具的多層納米涂層可分為5 大類: 1 ) 氮化物/氮化物: TiN/VN，56GPa。 TiN/NbN，51GPa。 2 ) 氮化物/碳化物: TiN/CNX， 45 －55GPa。 ZrN/CNX，40 － 45GPa。 3) 碳化物/碳化物: TiC /VC， 52GPa。 TiC /NbC， 45 － 55GPa。 4) 氮化物或碳化物/金屬: TiN/Nb，52GPa。 TiAlN/Mo，51GPa。 5) 氮化物/氧化物: TiAlN/Al2O3，此外還有加入TiBBN 的體系等。 這些復(fù)合涂層每調(diào)制周期由兩種材料組合而成，厚度僅為幾納米，根據(jù)切削需要，可相互疊加涂覆上百層，總厚度可達2 ～ 5 μm。設(shè)計合理的納米涂層可使刀具的硬度和韌性顯著增加，使其具有優(yōu)異的抗摩擦磨損及自潤滑性能，十分適合于干切削。 涂層的多層化及其相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)，使涂層既可提高與基體的結(jié)合強度又能提高其耐腐蝕性能、抗氧化性能等綜合性能，是最有發(fā)展前景的一類涂層材料。3 “軟”刀具涂層材料的發(fā)展與應(yīng)用 “硬”涂層刀具技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，其中以黃金色的TiN 涂層的應(yīng)用最為廣泛。 然而，諸如航空航天工業(yè)使用的許多高強度鋁合金、鈦合金或貴金屬材料等都不適合用“硬”涂層刀具加工，仍主要使用無涂層的高速鋼或硬質(zhì)合金刀具。“軟”涂層刀具的開發(fā)則可較好地解決此類材料的加工問題。刀具“軟”涂層的主要成分為具有低摩擦系數(shù)的固體潤滑材料，如: MoSWSCaSTaS2等，在特殊使用條件下具有優(yōu)良的摩擦學(xué)特性，如: 摩擦系數(shù)低、承載極限高、高溫下化學(xué)穩(wěn)定性好、物性變化小、能適應(yīng)1200℃以上的工作溫度范圍和很寬的摩擦副運動速度范圍，適于在高溫、高速和大載荷等特殊環(huán)境條件下使用。該類涂層可在刀具表面形成固體潤滑膜，從而使刀具材料具有很低的摩擦系
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