超硬纳微米 PVD 涂层技术在刀具领域的应用及研究进展

介绍了物理气相沉积(PVD)技术的原理、特点和真空蒸镀、溅射镀和离子镀之间的优缺点,从二元涂层、多元涂层、多层涂层和纳米多层复合涂层等4种类别上介绍了PVD涂层技术在切削刀具上的广泛应用。在查阅和整理大量文献资料的基础上,也结合笔者多年从事PVD技术的研究与应用心得,从提高切削刀具的寿命这一重要角度出发,阐述了国内外超硬纳微米PVD涂层技术在切削刀具应用领域的研究进展,并对多元涂层、多层涂层及涂层的纳米化也进行了较为详细地论述。切削刀具表面采用物理气相沉积涂层技术能使刀具获得优异的综合性能,从而显著提高切削刀具的使用寿命,降低生产成本,大幅提高机械加工效率。最后展望了物理气相沉积涂层技术未来将在超硬切削(包括模具钢、淬硬钢等硬度超过HRC55以上的铣削加工)、难加工材料切削(包括高温合金、钛合金、不锈钢等)、石墨和碳纤维等复合材料加工和有色金属的高速切削加工(包括铝合金、铜合金、镍等)的广泛应用。     

PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3复合涂层氧化铝陶瓷刀具切削性能研究

在刀具表面沉积一层硬质、耐磨涂层,可有效提高刀具切削性能。目前刀具涂层的研究主要侧重于氮化物、碳化物等硬质涂层(基体为硬质合金),氧化物涂层(基体为陶瓷)仍未有突破性进展。文章涉及陶瓷基体表面的氮化物和氧化物涂层制备及切削性能研究。采用阴极电弧蒸发镀技术(PVD-CAE)和PEM辅助PVD工艺在氧化铝陶瓷刀具表面制备TiAlN硬质耐磨涂层(中间层)和Al_2O_3抗高温氧化涂层(外层)。采用扫描电子显微镜(SEM)和EDS线扫法分析涂层微观结构和元素成分变化,通过显微硬度计表征涂层表面硬度。通过连续干切削灰铸铁试验研究TiAlN/Al_2O_3涂层的切削寿命、磨损机理和加工表面质量。结果表明:该复合涂层具有细晶致密的微观结构;TiAlN硬质层可将刀具表面硬度提升至2781±19HV_(50g),从而提高了刀具耐磨性;连续干切削灰铸铁试验中,无涂层氧化铝刀具发生崩刃破损,而TiAlN/Al_2O_3涂层刀具主要发生磨粒磨损和少量的粘结磨损,无崩刃现象;PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3涂层刀具寿命是常规无涂层氧化铝刀具的2倍以上,且加工表面质量优良而稳定。     

用离子镀法镀超硬质膜的提示

在模具和刀具的表面镀上超硬质膜,以提高其硬度、耐蚀性和耐磨损性。目前已有多种镀膜方式,如PVD法(真空蒸发法、溅射法、离子镀法)、CVD法,湿式镀法等,其中用离子镀法镀超硬质膜最引人注目(参见图1)。 1964年由美国的MATTOX开发的这项技术,在70年代又作了各种改进,进入80年代后才逐渐确立为生产技术,应用范围也     

宁波材料所PVD耐磨涂层可镀研究进入百微米级

<正>绝大多数PVD(物理气相沉积)耐磨涂层的可镀厚度均小于10微米,采用特殊梯度界面设计的PVD耐磨涂层可镀厚度也难以超过50微米,极大地限制了其在重载、长寿命、高可靠性零部件表面的应用。中科院宁波材料所王永欣博士等人通过对真空反应腔室内等离子体能量及状态的设计与调控,有效降低了PVD耐磨涂层成膜过程中受轰击作用所产生的内部应力积聚和表面反溅射     

豪泽公司研发第二代HIPIMS＋涂层技术

物理气相沉积（PVD）涂层工艺主要是通过电弧蒸发作用或磁控溅射作用来实现涂层在刀具表面的沉积。荷兰的PVD和等离子体辅助CVD涂层技术开发商——豪泽技术涂层公司（Hauzer Techno Coating BV）正在尝试用其第二代高能激发磁控溅射（HIPIMS＋）涂层技术对PVD涂层工艺进行创新变革。     

用涂层提高刀具寿命

在硬质合金刀具表面沉积一层抗磨涂层,可以大大提高寿命.近年来,除了化学蒸发沉积法外,还采用了溅射和离子注入法.切削工具所选涂层应具有良好的韧性和硬度,特别是热膨胀系数应与基体匹配。目前采用最多的涂     

双面瑞士式车削刀片

日本京瓷公司刀具分部为瑞士式车削加工开发了一种双面负角刀片。该刀片具有两个切削刃,可以提高切削稳定性、降低加工成本。该刀片可采用两种PVD涂层牌号,其中,PR1005涂层牌号用于在加工钛合金和自由切削钢件时提高刀具的耐磨损性能;PR025涂层牌号用于在切削不锈钢和常规加工时提高刀具的破裂韧性。     

PVD涂层刀具高速铣削CoCrMo合金的性能研究

目的为了提高涂层硬质合金刀具的切削性能,研究了物理气相沉积PVD法制备的涂层硬质合金铣刀在高速干式环境下的铣削性能。方法采用阴极电弧技术制备了TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层硬质合金铣刀刀头,通过一同沉积涂层的硬质合金圆片,间接测量得出涂层的显微硬度、厚度和平均摩擦系数,并以CoCrMo合金为切削对象,进行了PVD涂层与无涂层刀具高速铣削下的对比试验。结果TiAlSiN显微硬度最高达3800HV,摩擦系数达0.3,TiAlN涂层平均膜厚为2μm,间接测得TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层的结合力依次为60、58、42N。在三者的切削性能中,TiAlSiN涂层的切削性能比TiAlN和TiN涂层的好,同等切削参数时,TiN刀具的高速铣削时间最短,TiAlSiN涂层的平均磨损值为0.1895,TiN的平均磨损值为0.3047。结论涂层中添加Al、Si,极大地提高了刀具的使用性能,改善了刀具切削过程中的耐磨性、红硬性,极大地延长了刀具的使用寿命。TiAlSiN涂层的硬度高,耐磨损性好,切削性能好,适合高速铣削加工。     

抛光涂层硬质合金刀片加工钛合金的耐用度分析

目的提高涂层硬质合金刀具加工钛合金的切削性能及加工效率。方法采用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)对经过磨削加工的YG8硬质合金车削刀片前刀面进行抛光预处理,并使用CVD与PVD涂层工艺制备涂层。运用单因素试验法,对抛光涂层硬质合金刀片进行切削TC4钛合金的刀片耐用度试验,分析钛合金加工过程中刀具种类及切削参数变化对刀片耐用度的影响规律。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析刀片的磨损机理。结果经过化学机械抛光处理后,硬质合金刀片的平均粗糙度由87 nm降低为19 nm,降低幅度达78.2%。相同切削参数时,抛光CVD硬质合金刀片的耐用度最大程度上比磨削CVD硬质合金刀片提高了75%,抛光PVD硬质合金刀片的耐用度最大程度上比磨削PVD硬质合金刀片提高了8.3%。可见采用化学机械抛光对硬质合金刀片进行加工是提高刀片表面平整度及耐用度的重要途径。结论抛光CVD硬质合金刀片的耐用度优于磨削CVD硬质合金刀片,抛光PVD硬质合金刀片的耐用度优于磨削PVD硬质合金刀片。     

日本住友电工开发的几种规削刀具新产品

为了保护环境、降低能耗,满足高速、高效、高硬度、高精度及干式切削加工的迫切需求,日本住友电工硬质合金工具公司应用先进的纳米技术、独立研发的PVD涂层技术以及超硬材料技术,开发了适用于高速干式切削加工的超级ZX涂层硬质合金刀具、     

Cutting characteristics of PVD-coated tools deposited by Unbalanced Magnetron Sputtering method

The cutting characteristics of newly proposed PVD coated tools by UBMS (Unbalanced Magnetron Sputtering) method are investigated. Dry side milling tests of austenitic stainless steel (AISI 304) and Ti–6Al–4V alloy (ASTM B348) are carried out with five kinds of coated tools: two UBMS coated tools and three commonly used AIP (Arc Ion Plating) coated ones. The UBMS coated films, especially UBMS-TiCN have smoother surface without droplets and lower friction coefficient than those of any other AIP coated tools studied. The lubricating ability of the UBMS-TiCN film reduces the cutting force, cutting temperature and adhesion of chips, so that long tool life and good finished surface are obtained.     

MICROSTRUCTURES AND MECHANICAL PROPERTIES OF Ti(C, N) FILMS DEPOSITED BY PEMSIP

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｅｒｉｎｇＩｏｎＰｌａｔｉｎｇ（ＰＥＭＳＩＰ）ｉｓａｎｅｗｋｉｎｄｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＶＤ）,ｗｈｉｃｈｂａｓｅｄｏｎｔｒａｄｉｔｉｏ...     

电弧离子镀和高功率脉冲磁控溅射AlTiN涂层及其切削性能研究

目的 比较两种沉积方法制备的AlTiN涂层的切削性能.方法 利用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)和电弧离子镀技术(AIP),在硬质合金车刀片上沉积AlTiN涂层,比较和研究两种AlTiN涂层的组织形貌特性及综合性能.利用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪,观察和检测涂层的生长形貌和元素含量.采用激光共聚焦扫描显微...     

变极性等离子弧焊研究进展

变极性等离子弧焊的优点在于能够灵活调节特征工艺参数如电流频率、正负半波电流幅值及导通时间比，以满足铝合金焊接时的阴极清理和形成穿孔焊。介绍了国内外在实现变极性电流波形、电弧稳定性、阴极清理机理、小孔信号检测等方面的研究现状。指出保证前后级同步是双逆变电路形式的技术关键，双通道形式可克服主、维弧干涉并降低钨电极烧损。溅射、电介质击穿及瞬时熔化和蒸发是目前解释阴极清理机理的主要理论，重要的是工艺参数对清理的影响规律。近年来又出现了几种新的小孔检测方法，而正面检测及多传感信息融合仍是其主要发展方向。     

溅射法提高Cr12MoV钢冷冲模耐磨性

采胜溅射镀膜提高Ｃｒ１２ＭｏＶ钢冷冲模耐磨性并优化工艺参数。实验证明：耐磨性最大提高１１倍。     

Effect of ultrafine gradient cemented carbides substrate on the performance of coating tools for titanium alloy high speed cutting

Gradient cemented carbides usually used as substrate for coating tools, and the substrate has different gradient layer thickness and grain size, which would affect the cutting performance of the coating tools. In this study, different contents of Co and cubic carbonitride were added, the ultrafine gradient cemented carbides with different gradient layer thickness and grain size were prepared by one-step sintering, and then the CAT films (films containing Cr, Al and Ti, basically.) were deposited on alloy surface by Arc Ion Plating (AIP) in Ar gas atmosphere for titanium alloy high-speed cutting. The influence of Co and cubic carbonitride content on the microstructure of alloy and the cutting performance of coated tools was studied. The results show that the gradient layer thickness could be controlled by changing the Co and cubic carbonitride contents, and then affected the cutting performance. The coating tools enhanced cutting performance obviously by reducing the flank wear in the high-speed Ti-alloy cutting. A thinner gradient layer can be formed in alloys that with a lower Co addition, thus leading to tools chipping during high-speed cutting Ti-alloy. The wear resistance and the cutting performance of the tools could be improved by adding cubic carbonitride. The Co10Ti3-CAT coated tool has the best cutting performance. And the wear resistance of Co8Ti4-CAT coated tool can be increased by 50% compared to substrate.     

超声切割刀具的真空钎焊

介绍了超声切割刀具的真空钎焊技术,主要内容包括钎焊材料、钎焊方法和钎焊工艺。刀具由高速钢刀片和钛合金刀杆组成,所用钎料为Ag-Cu共晶钎料。钎焊工艺参数为：真空度7.5 xPa,钎焊温度830℃,保温时间10 min。     

不同底层TiN离子镀复合涂层的研究

在合适的表面处理底层上进行ＴｉＮ离子镀，不但可以提高复合涂层的耐磨耐蚀性，而且能够改善其与基体间的结合强度，本研究拓展了离子镀的应用领域。     

The Study of Deposition Parameters, Properties for PVD Ti_xN and Cr_xN Coatings Using a Closed Field Unbalanced Magnetron Sputter Ion Plating System

DIFFERENT PVD TECHNIQUES have been used todevelop a wide range of hard wear resistant coatings onsteel substrates since the early1980's.These coatingshave proved successful in improving the performanceof cutting tools[1].Closed field unbalancedmagnetron sputter ion plating(CFUBMSIP)is anexceptionally versatile technique,developed by TeerCoatings Ltd,for the deposition of high-quality;well-adhered thin films[2].Compared to other ordinarymagnetron sputter techniques,the CFUBMSIPt…     

OBSERVATION ON SPUTTERING SURFACE OF ALLOYS IN GLOW DISCHARGE

Glow discharge cathodic sputtering of alloys containing second phase precipitates or injectedoxide particles has been observed with energy dispersive X-ray spectrometer and scanningelectron microprobe.It was shown that the formation of cones during the sputtering in thesealloys is due to masking of the matrix by glow sputtering second phase precipitates or oxideparticles.At steady state,the density of cottes were found to be a function of the densities pre-cipitates or oxide particles in bulk alloy.In addition to the changes of local sputtering rate,theelectrostatic effect may play a role on the formation fo cones.