新闻中心

首页 / 新闻中心 / 公司新闻 / 工具涂层技术现状与趋势分析

工具涂层技术现状与趋势分析

更新日期:2016-08-04
摘要:

1简介   近几十年来,切削刀具表面涂层技术应该根据市场对材料技术表面改性的需求而开发。使用涂层技术可以有效提 […]

1简介

  近几十年来,切削刀具表面涂层技术应该根据市场对材料技术表面改性的需求而开发。使用涂层技术可以有效提高刀具的使用寿命,使刀具获得良好的综合机械性能,从而大大提高加工效率。因此,涂层技术和材料,切割技术共同成为切割工具制造领域的三大关键技术。为了满足现代加工的高效率,高精度和高可靠性的要求,涂层技术的发展及其在刀具制造中的应用已经在世界上越来越受到重视。中国刀具涂装技术经过多年的发展,目前处于一个关键时期,也就是说,原来的技术已经无法满足日益增长的切削需求,国内主要刀具厂的涂装设备到更换期也必须。因此,充分了解国内外工具涂层技术的现状和发展趋势,瞄准国际先进水平的涂层技术,有计划,一步步开发刀具涂层技术(特别是PVD技术),提高中国切削工具制造水平意义。

国外刀具涂层技术的现状和发展趋势
如下所述,工具涂布技术通常可分为两类,分别为化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术。

2.1国外CVD技术的发展

  自20世纪60年代以来,CVD技术已广泛用于碳化物可转位工具的表面处理。通过相对容易地制备CVD工艺的气相沉积所需的金属源,可以实现TiN,TiC,TiCN,TiBN,TiB 2,Al 2 O 3和其它单层和多层复合涂层的制备。涂层和基材的结合强度相对较高,厚度可达7〜9μm,所以八十年代末,美国有85%的硬质合金工具用于表面涂层处理,占CVD涂层的99% ;到20世纪90年代中期,CVD涂层硬质合金刀片在涂层中的硬质合金刀具仍占80%以上。

  虽然CVD涂层具有良好的耐磨性,但是CVD工艺也有其固有的缺点:首先,加工温度高,容易造成工具材料的弯曲强度下降;二,薄膜状态下的拉伸应力,容易导致使用工具CVD工艺的排放,废液会造成更大的环境污染,而现在强烈提倡绿色制造冲突的概念,所以自九十年代中期以来,和高温CVD技术的应用受到一定的制约。

  20世纪80年代末,Krupp.Widia开发的低温化学气相沉积(PCVD)技术达到了实用水平,其加工温度已经降低到450〜650℃,有效抑制η相,可用于螺纹切割机,刀具,TiN,TiCN,TiC等涂层,但到目前为止,PCVD工艺在工具涂层领域还没有被广泛应用。在20世纪90年代中期,中温化学气相沉积(MT-CVD)新技术的出现彻底改变了CVD技术。 MT-CVD技术是以C / N为有机物质乙腈(CH3CN)为主要反应气体,在700〜900℃下分解TiCl4,H2,N2的新工艺。通过MT-CVD技术可以致密的纤维状晶体形态的涂层,涂层厚度可达8〜10μm。这种涂层结构具有高耐磨性,耐热冲击性和韧性,并通过高温化学气相沉积(HT-CVD)工艺在叶片表面沉积Al2O3,TiN等高温抗氧化性,并且被加工材料亲和力小, - 良好材料的润滑性能。 MT-CVD涂层刀片适用于高速,高温,重负荷,干式切割条件下,其寿命可比普通涂层刀片增加一倍。目前,CVD(包括MT-CVD)技术主要用于硬质合金刀具表面涂层,中等和重型切削的高速粗加工和半精加工的刀具。 CVD技术还可以实现α-Al2O3涂层,这是难以实现PVD技术,因此在干法加工中,CVD涂层技术仍然占据非常重要的位置。

2.2国外PVD技术的发展

  PVD技术出现在20世纪70年代后期,由于其加工温度可以控制在500℃以下,可以作为高速钢状刀具涂层的最终处理工艺。由于PVD技术的使用可以大大提高高速钢的切割性能比例超过60%。

  PVD技术在高速钢工具领域的成功应用使得世界制造业吸引了极大的关注,人们竞相开发高性能,高可靠性涂层设备,同时也扩大了其应用,特别是在硬质合金,陶瓷工具在应用上的更深入研究。结果表明,PVD工艺的温度低于CVD工艺,当温度低于600℃时,对工具材料的抗弯强度没有影响(试验结果见表1)。薄膜的内应力状态是压应力,硬质合金刀具复杂复杂的涂层; PVD工艺对环境无不良影响,符合现代绿色制造的发展。随着高速加工时代的到来,高速钢切削工具的应用逐渐减少,硬质合金刀具和陶瓷刀具的应用比例增加已成为必然趋势,因此,工业发达国家自早期九十年代开始致力于硬质合金刀具的PVD涂层技术在九十年代中期取得突破,PVD涂层技术已广泛应用于硬质合金立铣刀,钻头,分步钻,油孔钻,铰刀,丝锥,可转位铣刀,成型工具,焊接工具,如涂层处理。

  目前,PVD技术不仅提高了膜和工具基体之间的结合强度,而且从第一代TiN到TiC,TiCN,ZrN,CrN,MoS2,TiAlN,TiAlCN,TiN-AlN和CNx。地板。 ZX涂层(即TiN-AlN涂层)等纳米涂层的出现,PVD涂层工具的性能一直是一个新的突破。这种新型涂层和基体的结合强度,涂层硬度接近CBN,具有良好的抗氧化性,抗剥离强度,并能显着提高刀具表面粗糙度,有效控制精密刀具刃口形状及精度精度加工质量和无涂层工具比较有利。

  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高速钢和硬质合金刀具。

  世界涂料技术的发展趋势如下:涂料组合物趋于多样化和复合,因为单一涂料不能满足提高切削工具综合机械性能的要求;以满足不同的切削加工要求,将更加复杂和更有针对性;在复合涂层中,单组分的涂层厚度将变得越来越薄,并逐渐趋向于纳米结晶;涂层工艺温度将变得越来越低,工具涂装工艺将会更加合理的方向,是期待PVD,MT-CVD工艺将成为主流技术。

中国工具涂装技术现状与发展趋势

3.1中国CVD技术发展

  中国自20世纪70年代初开始研究CVD涂层技术,由于技术特异性强,研究单位不多。在20世纪80年代中期,中国的CVD工具涂层技术达到了实用水平的发展,技术水平和国际水平在同一水平,但在未来10年,发展较慢(类似于国外研究); MT-CVD技术和设备的研发预计将于2001年完成。根据研究目标,技术和设备将达到国际先进水平。中国PCVD技术的研究将于今年年底开始。在九十年代初期,PCVD工艺技术主要用于模具涂层,切割工具在应用领域仍然非常有限。总的来说,国内CVD技术的整体发展水平和国际水平之间的差距还没有直到MT-CVD技术成功发展,中国CVD涂装领域的整体水平将能够跟上国际先进水平。

3.2中国PVD技术开发

  我国PVD涂层技术的研究开发工作始于八十年代初,到八十年代中期成功开发了中小型空心阴极离子涂层机,并开发了高速钢刀具TiN涂层技术。