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超硬納微米PVD涂層技術在刀具領域的應用
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佳達

時間 : 2020-08-21 22:26 瀏覽量 : 15

 隨著現代機械加工工業朝著高精度、高速、干式切削、環保以及低成本等方向發展,對刀具性能提出了更高的要求。高速鋼或硬質合金作為傳統的刀具材料,越來越難以滿足現代機加工工業的發展需要。超硬納微米物理氣相沉積(PhysicalVaporDeposition,PVD)涂層由于具有高硬度、耐磨損、抗氧化、低摩擦等優良性能,因此是刀具表面理想的耐磨保護涂層,可以大大提高金屬切削刀具的使用壽命。

 物理氣相沉積技術出現于20世紀70年代末,其工藝處理溫度低,在600以下對刀具材料的強度無影響,并可作為最終的處理工序。在不改變力學性能和尺寸精度的情況下,制備的超硬薄膜具有高硬度、低摩擦系數、高耐磨性和化學穩定性等優點。薄膜內部應力狀態為壓應力,更適合于硬質合金等精密復雜刀具的表面涂層。PVD工藝在真空條件下沉積涂層基本不產生有害廢氣和氧化問題,機加工過程可減少切削液的使用,符合現代綠色制造的發展方向。當前PVD涂層技術已普遍應用于硬質合金立銑刀、鉆頭、油孔鉆、階梯鉆、絲錐、鉸刀、可轉位銑刀片、車刀片、異形刀具、焊接刀具等表面。PVD技術的原理PVD基本原理是在真空條件下,采用物理方法將靶材原料氣化為原子、分子或電離成離子,再通過氣相過程在基體表面沉積具有某種特殊功能的涂層。薄膜沉積時間、制備技術、參數、基體在真空室中的位置等都會影響涂層的性能。刀具表面選用PVD涂層是因為它具有處理溫度低,涂層內部的應力為壓應力,抵抗裂紋擴展的能力強,鍍膜材料廣泛,綠色環保無污染等特點。

 經過幾十年的發展,PVD技術逐漸形成了真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍三種方法,不同種沉積方法的主要特點見表1。表1真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍的比較、真空蒸鍍濺射鍍離子鍍繞射性一般較好好薄膜致密性低高高膜基結合力一般較好很好薄膜中的氣孔低溫時較多少少2PVD技術的發展PVD發展至今,技術如閉合場非平衡磁控濺射、電子束物理氣相沉積、離子束增強沉積等層出不窮,應用范圍寬廣。涂層現已有氮化物、碳化物、氧化物和硼化物涂層等。元素組成從二元發展到了多元涂層,層數也從單層發展到多層乃至上千層,涂層結構也從晶體結構發展到非晶態、超晶態結構。非晶和超晶涂層具有更加優異的耐磨性、抗腐蝕性、高硬度、高強度、耐疲勞抗力以及超導特性等。涂層厚度已經從微米級發展到亞微米級、納米級。納米多層涂層與單層梯度涂層相比無柱狀晶結構,故具有優異的力學性能。其膜基結合強度更高,高硬度、抗高溫氧化性以及極強的耐磨、耐蝕性等。刀具系統是整個加工體系中非常重要的一環,現代化的金屬切削加工,對刀具的要求是高切削速度、高進給速度、高可靠性、高精度、長壽命和良好的切削控制性。涂層刀具的出現,使刀具切削性能有了重大突破,它將刀具基體與硬質薄膜表層相結合。由于基體保持了良好的韌性和較高的強度,硬質薄膜表層又具有高耐磨性和低摩擦系數,從而使刀具的性能大大提高。


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