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超硬纳微米PVD涂层技术在刀具领域的应用
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佳达

时间 : 2020-08-21 22:26 浏览量 : 13

 随着现代机械加工工业朝着高精度、高速、干式切削、环保以及低成本等方向发展,对刀具性能提出了更高的要求。高速钢或硬质合金作为传统的刀具材料,越来越难以满足现代机加工工业的发展需要。超硬纳微米物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition,PVD)涂层由于具有高硬度、耐磨损、抗氧化、低摩擦等优良性能,因此是刀具表面理想的耐磨保护涂层,可以大大提高金属切削刀具的使用寿命。

 物理气相沉积技术出现于20世纪70年代末,其工艺处理温度低,在600以下对刀具材料的强度无影响,并可作为最终的处理工序。在不改变力学性能和尺寸精度的情况下,制备的超硬薄膜具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨性和化学稳定性等优点。薄膜内部应力状态为压应力,更适合于硬质合金等精密复杂刀具的表面涂层。PVD工艺在真空条件下沉积涂层基本不产生有害废气和氧化问题,机加工过程可减少切削液的使用,符合现代绿色制造的发展方向。当前PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、油孔钻、阶梯钻、丝锥、铰刀、可转位铣刀片、车刀片、异形刀具、焊接刀具等表面。PVD技术的原理PVD基本原理是在真空条件下,采用物理方法将靶材原料气化为原子、分子或电离成离子,再通过气相过程在基体表面沉积具有某种特殊功能的涂层。薄膜沉积时间、制备技术、参数、基体在真空室中的位置等都会影响涂层的性能。刀具表面选用PVD涂层是因为它具有处理温度低,涂层内部的应力为压应力,抵抗裂纹扩展的能力强,镀膜材料广泛,绿色环保无污染等特点。

 经过几十年的发展,PVD技术逐渐形成了真空蒸镀、溅射镀和离子镀三种方法,不同种沉积方法的主要特点见表1。表1真空蒸镀、溅射镀、离子镀的比较、真空蒸镀溅射镀离子镀绕射性一般较好好薄膜致密性低高高膜基结合力一般较好很好薄膜中的气孔低温时较多少少2PVD技术的发展PVD发展至今,技术如闭合场非平衡磁控溅射、电子束物理气相沉积、离子束增强沉积等层出不穷,应用范围宽广。涂层现已有氮化物、碳化物、氧化物和硼化物涂层等。元素组成从二元发展到了多元涂层,层数也从单层发展到多层乃至上千层,涂层结构也从晶体结构发展到非晶态、超晶态结构。非晶和超晶涂层具有更加优异的耐磨性、抗腐蚀性、高硬度、高强度、耐疲劳抗力以及超导特性等。涂层厚度已经从微米级发展到亚微米级、纳米级。纳米多层涂层与单层梯度涂层相比无柱状晶结构,故具有优异的力学性能。其膜基结合强度更高,高硬度、抗高温氧化性以及极强的耐磨、耐蚀性等。刀具系统是整个加工体系中非常重要的一环,现代化的金属切削加工,对刀具的要求是高切削速度、高进给速度、高可靠性、高精度、长寿命和良好的切削控制性。涂层刀具的出现,使刀具切削性能有了重大突破,它将刀具基体与硬质薄膜表层相结合。由于基体保持了良好的韧性和较高的强度,硬质薄膜表层又具有高耐磨性和低摩擦系数,从而使刀具的性能大大提高。


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