【摘 要】刀具涂層技術(shù)近幾年得到了快速發(fā)展，在刀具生產(chǎn)過(guò)程中，合理利用涂層技術(shù)可以延長(zhǎng)刀具的使用壽命，提高刀具的機(jī)械性能，從而使其能夠更好的為生產(chǎn)服務(wù)。目前，我國(guó)刀具涂層經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，正處發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，應(yīng)當(dāng)充分了解國(guó)內(nèi)外刀具技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，掌握先進(jìn)刀具涂層技術(shù)，提高刀具生產(chǎn)工藝。
 
      【關(guān)鍵詞】刀具 涂層技術(shù) PVD
 
      刀具是切削加工系統(tǒng)中最活躍的一項(xiàng)因素。隨著科技的發(fā)展，涂層刀具的進(jìn)給速度和切削速度得到提高，同時(shí)其使用壽命也得到了延長(zhǎng)。因此，在加工技術(shù)飛速發(fā)展的今天，刀具的性能得到了人們重視，其中涂層技術(shù)是刀具制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。PVD是一種表面處理的標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)謂，是通過(guò)物理過(guò)程完成物質(zhì)轉(zhuǎn)移，將分子或原子轉(zhuǎn)移到基材表面上，從而使基材具有高強(qiáng)度、耐磨性、散熱性等特殊性能。
 
      1 、涂層刀具的主要特點(diǎn)
 
      涂層刀具具有以下特點(diǎn): ( 1) 表面涂層材料具有較強(qiáng)的耐磨性、高硬度、耐高溫等特點(diǎn)。( 2) 涂層刀具具有很好的綜合性能，這也使涂層刀具的通用性得到了進(jìn)一步提高，使其能夠具有更加廣泛的應(yīng)用范圍。( 3) 隨著科技的高速發(fā)展，涂層技術(shù)也得到了發(fā)展，涂層刀具的抗氧化性能和抗高溫性能將會(huì)變得更加突出，完成高速切削加工，提高切削的工作效率。
 
      2 、PVD 涂層技術(shù)的發(fā)展
 
      PVD 法的沉積溫通常維持在 500℃，涂層的厚度應(yīng)當(dāng)維持在2 － 5μm之間; 并且該方法的沉積溫度沒(méi)有超過(guò)鋼本身的回火溫度，因此在刀具涂層過(guò)程中經(jīng)常使用 PVD 方法［1］。PVD 涂層主要分為三類(lèi):
 
     ( 1) 真空蒸發(fā)鍍膜。該技術(shù)的發(fā)展時(shí)間較少，在涂抹過(guò)程中所使用的設(shè)備相對(duì)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，并且涂層十分精細(xì)。具體沉積過(guò)程中需要應(yīng)用一種靶材，繞射性相對(duì)較差，因此在具體應(yīng)用中無(wú)法滿足超硬材料在鍍膜上的需求，這使得該方法的應(yīng)用受到了一定的限制，近幾年其應(yīng)用范圍也正在逐漸縮小。
 
     ( 2) 離子鍍膜。該方法的應(yīng)用需要在電場(chǎng)環(huán)境下完成，只有在具有電場(chǎng)的情況下，才能使鍍膜材料的離子可以附著在工件的表面，不僅組織致密，而且膜的粘結(jié)性能很好［2］。目前，在鍍膜過(guò)程中比較常用的方法有活化反應(yīng)離子鍍膜和空心陰極離子鍍膜法，從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看也取得了不錯(cuò)效果。
 
     ( 3) 濺射鍍膜法。該方法主要在真空室內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)荷能離子對(duì)靶材的表面進(jìn)行不斷地轟擊，粒子的運(yùn)動(dòng)量傳遞將靶材料的個(gè)各種粒子轟擊出來(lái)，然后在基體上形成沉積。
 
     3、 PVD 涂層技術(shù)的在刀具生產(chǎn)中的具體應(yīng)用
 
     二十年前機(jī)械加工行業(yè)中所有應(yīng)用的涂層工具以“萬(wàn)能型工具”為主，也就是可以應(yīng)用多種不同的場(chǎng)合下。現(xiàn)在則發(fā)生了改變，隨著人們對(duì)工具性能的要求的提高，通常針對(duì)具體加工情況選擇具有針對(duì)性的工具。從目前刀具的發(fā)展情況來(lái)看，刀具材料的發(fā)展將會(huì)圍繞著快、硬、干三方面進(jìn)行。因此，在對(duì)刀具進(jìn)行涂層過(guò)程中可以采用多層超硬涂層方式使熱防護(hù)效果達(dá)到最佳，從而延長(zhǎng)刀具壽命［3］。在鉆削和銑削領(lǐng)域內(nèi)，PVD 涂層到與 CVD 涂層刀具相比，具有更好的適應(yīng)性。導(dǎo)致這情況發(fā)生的主要原因是，在具體應(yīng)用過(guò)程中，CVD 涂層銑刀無(wú)法繼續(xù)使用并不是涂層磨損過(guò)渡造成的，而是因?yàn)榈镀谑褂眠^(guò)程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的損壞，從而導(dǎo)致刀具無(wú)法繼續(xù)使用。而在涂層過(guò)程中采用 PVD 涂層方法中的濺射鍍膜技術(shù)可以使這一問(wèn)題得到很好的解決。某工廠生產(chǎn)的切削刀 具 牌 號(hào) 有: SUPEＲTIN、TINALOX、ALOX、ALUSPEED、TiCN、CCplusC 對(duì)應(yīng)的涂層材料分別為: TiN、TiAlN、TiaAlN、TiB2、TiCN、TiAlN + C。
 
     在準(zhǔn)確控制情況下進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，要求每批刀具材料表面涂層厚度都應(yīng)當(dāng)控制在 ± 1μm 范圍內(nèi)，即使在具體生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行，顯微結(jié)構(gòu)的密度也很高。除此之外，沿切削刃涂層厚度分布并不會(huì)出現(xiàn)變化，因此切削刃在具體應(yīng)用中始終都會(huì)保持鋒利狀態(tài)，滿足使用需求。
 
     CCplusC 所生產(chǎn)的銑刀結(jié)合了 TiAlN 碳軟涂層的低摩擦性能和抗磨損性能，因此涂抹層能夠起到一定的抗磨損性，并且外涂層十分均勻性能，很好的控制了切削導(dǎo)刃時(shí)所形成的摩擦，有時(shí)在加工干式鉆削時(shí)，由于溫度的升高，將會(huì)導(dǎo)致崩刀或磨損情況的發(fā)生，而在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì) TiAlN 的熱穩(wěn)定性和高硬度記性充分利用，可以確保刀具的可靠性［4］。
 
    現(xiàn)代刀具經(jīng)常被應(yīng)用于高速切削中，為了滿足這一需求，應(yīng)用PVD 方法所生產(chǎn)的 TiAlN 涂層切削刀具得到了廣泛用應(yīng)用，并得到了快速推廣。通過(guò) PVD 方法在 TiN 的晶體各間內(nèi)植入 Al 原子，最終構(gòu)成無(wú)間隙、完整的晶體組合。目前，最新型的 TiAlN 涂層能夠使鋁的含量超過(guò) 50% ，這使得 TiAlN 涂層具有了新特性。通過(guò)分析可知，當(dāng)鋁含量超過(guò) 50% 時(shí)，將會(huì)有一層致密的 Al2O3 出現(xiàn)在涂層的最頂端，而當(dāng)遭受 Al2O3 磨損之后，存在與 TiAlN 中的Al 將會(huì)再一次氧化而形成新的 Al2O3 層，這樣刀具及時(shí)在高溫、高速環(huán)境下工作，TiAlN 涂層也能夠起到保護(hù)刀具的作用。
 
     4、 PVD 刀具涂層性能的發(fā)揮
 
     若使 PVD 刀具涂層性能得到充分發(fā)揮，就必須要對(duì)具體生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的各項(xiàng)生產(chǎn)條件進(jìn)行優(yōu)化。
 
    清理干凈基體表面，這一點(diǎn)對(duì)全部表面設(shè)備都一樣，涂層粘結(jié)程度受基體表面狀態(tài)的影響。因此，在具體涂層過(guò)程中必須要清除基體表面的氧化物以及其它物質(zhì)。通常來(lái)說(shuō)，對(duì)基體表面的油污、銹斑的清洗可以通過(guò)噴砂或清洗的方式完成。如果在表面處理過(guò)程中采用的為噴砂法，需要時(shí)刻注意，在基體的表面不能存在油污，如果存在油污，吹砂無(wú)法將表面的油污除掉，而且會(huì)導(dǎo)致油污滲透到構(gòu)建內(nèi)部，影響涂層質(zhì)量。
 
    在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要主要的因素有以下兩方面: ( 1) 刀具本身，從結(jié)構(gòu)、刃口質(zhì)量、精度等多個(gè)方面進(jìn)行選擇。( 2) 從工件、機(jī)床、切削參數(shù)等多方面內(nèi)容進(jìn)行選擇。在具體應(yīng)用刀具過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)遵守“型號(hào)、牌號(hào)匹配”原則，每一種涂層材料都有適合使用的范圍，在具體應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際情況而定，從而使刀具的性能達(dá)到最佳。
 
    5 、結(jié)語(yǔ)
 
    刀具 PVD 涂層可以使刀具的切削性能得到提高，同時(shí)能夠提高加工質(zhì)量，降低成本。因此，在未來(lái)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)刀具 PVD 涂層技術(shù)的研究，使其能夠更好的為機(jī)械加工服務(wù)。