延长刀具寿命的原子级涂层工程处理技术

刀具开发商可以通过控制刀具涂层的厚度、纯度、结构完整性、光滑度和化学成分等变量来设计刀具和提高刀具的加工性能。

Seco刀具公司的车刀产品部经理Don Graham先生说:“现在的刀具出现了新的变化,其晶体方向的排列对刀具产生了重大影响。刀具上的某些涂层具有各向异性的特点。这与木材的纹理特性一样,在不同的程度上取决于所施加的力度,看其是否沿着材料晶粒的同方向或反方向,刀具涂层材料的显微晶体会因为沿着不同的方向而显示出不同的特性。Seco刀具公司开发了一种新的工艺,采用这种新工艺来控制晶粒的排列方向。”

该公司开发了一种新的“Duratomic”刀具涂层。他们单独对氧化铝晶体进行控制。在某种意义上来讲,是以原子级的水平控制该材料,从而生产了一种刀具涂料,带有这种涂层的刀具可加工范围很广的黑色金属材料,其加工效果要比该公司以前使用的任何氧化铝涂料都好。以前涂层的最高硬度只能达到27GPa,但新的涂层达到了30GPa,这仅仅是因为利用了晶体固有的排列方向,从而使其达到了最高硬度。该公司生产的TP2500级镶刀片,在其基质材料上使用了这种涂层,因此这种刀具同样具有很广的应用范围。其结果是这种刀具可以加工铸铁和各种钢材,包括不锈钢,并且延长了刀具的使用寿命,从而使加工车间能够发挥更大的潜力,加工各种材料,并减少了加工车间所需的镶刀片库存数量。

Graham先生说:“刀具使用寿命的提高并不只是由于刀具的硬度增加。根据切削试验证明,这种涂层也使刀具的韧性明显地提高。这种新的涂层允许刀具在更冷的条件下切削加工,这种效果是我们未曾预见到的。”

当这种新的涂层代替了以前的氧化铝涂层时,如果同样对4140钢进行切削加工,过去的操作温度为915摄氏度,现在只有880摄氏度。这两个温度看起来似乎都不低,然而Graham先生指出:“刀具的耐磨特性取决于温度的变化,特别是在这个范围内,温度的变化对刀具的耐磨特性有很大的影响。削减35摄氏度的温度,可使刀具的耐磨特性大大提高,从而进一步延长了刀具的使用寿命。”

“目前对这个冷却效果的机理还不太明白。控制晶体的排列方向并不一定能够提高表面的平滑度,但这种变化无论如何会使其生产的刀具在切削时感觉到表面更加光滑。”

从这张电子显微镜金相图中可以看到氧化铝涂层(上面一层)的高水平晶体平行分布情况。其晶体按照其最高硬度的方向排列。与这个图形的少量分离也许对增加涂层的韧性,也会产生实质性的作用,使其不易发生断裂现象。

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