硬质合金涂层刀具

    硬质合金刀具的硬涂层可提高刀具寿命和生产率。

    化学气相沉积(CVD)技术已从早期的单涂层发展到现在的由Tic、TiN、TiCN和Al2O3复合多涂层，而且通过选择涂层的顺序及涂层的总厚度来满足特种金属切削的要求，尤其是Al2O3涂层可提供包括高的抗扩散性磨损、优良的抗氧化性和高的热硬度等极好的高温性能，所以在铸铁及钢等材料高速加工获得广泛应用。

    近年来，刀具制造商已引进中温(MT)CVD TiCN涂层，当使用乙晴作为有机的C/N源，TiCN的沉积大约发生在850℃，而高温CVD TiCN涂层要加热高于1000℃。MT-TiCN涂层用于车削和铣削时具有很好的耐磨性能，它具有稳定的C/N比，并可减少涂层与硬质合金基体之间界面形成eta相的倾向。

    十多年前，物理气相沉积(PVD)已应用于圆柱形硬质合金刀具，包括间断切削和/或一些需要锋利刀刃的金属切削刀片。最初PVD涂层只限于TiN,而现在工业上已有适用的PVD TiCN和TiAlN涂层，采用多种不同的PVD技术，如电子束蒸发、溅射、电弧蒸发等。

    CVD金刚石涂层采用了许多金刚石合成技术，最普通的是热丝法、微波等离子法和d、c等离子喷射法。通过改进涂层方法和涂层的粘结，已生产出金刚石涂层硬质合金刀具，并在加工非铁及非金属材料方面起着重要的作用。最近金刚石涂层刀具已在工业上得到应用。

    硬质合金刀具的硬涂层

    硬涂层的性能

    切削刀具基体硬涂层的成功是由于涂层的物理和力学性能的复合作用。从使用的角度来看，涂层应具有稳定的化学稳定性能、热硬度和与基体较强的粘结性能。优化的涂层厚度、细的显微结构及残余压应力可以进一步提高涂层性能。

    化学稳定性

    涂层材料化学惰性的标准是它的形成标准，自由能的负数很高或在切削温度下它在工件材料的溶解度很低。至今，CVD Al2O3硬涂层在材料加工中完全可满足这些要求。无定形PVD Al2O3涂层是软的而且不稳定，因此不如结晶的CVD Al2O3；PVD TiAlN涂层与TiN或TiCN相比，具有较高的稳定性，因此有可能在高速切削加工中获得应用。金刚石涂层刀具适用于加工含有第二相磨粒的非铁合金(如硅铝合金)以及不与硫反应的非金属材料(如金属基复合材料和纤维增强塑料)。

    硬度

    切削刀具的后面承受磨粒磨敲，在切削温度下，只要硬涂层比基体的硬度高，就有助于增强抗磨粒磨损，虽然切削主要由化学磨损所控制，但由于高的涂层硬度会使刀具前面在较高的温度下，其抗月牙洼磨损性能得到增强。这一观点目前尚存有争议。

    显微结构及形态

    涂层方法及过程参数影响硬涂层的显微结构，反之，显微结构(如颗粒尺寸、颗粒结构、颗粒边界和相边界)又影响硬涂层的力学性能和金属切削性能。众所周知，PVD TiN涂层具有较细的颗粒尺寸，相对于CVD TiN涂层具有较高的显微硬度，具有高的点阵缺陷密度的PVD涂层还具有高的残余应力，这也有助于提高其显微硬度。? 硬质合金刀具的Al2O3涂层通常是用CVD方法沉积的。Al2O3存在许多结晶形态；最普遍存在的多晶形态是稳定的α-Al2O3和亚稳定的K-Al2O3。α-Al2O3的颗粒形状为柱状，它和K-Al2O3相比，其位错密度及孔隙较大，并且孔隙常存在于颗粒边界。K-Al2O3涂层是细颗粒的2~0.5μm，而且没有位错。

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