刀具涂層(ceng)材料介紹 刀具涂層(ceng)材料哪種好

1.金剛石、類金剛石（DLC）涂層

金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)是(shi)新型刀(dao)(dao)具(ju)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)材料之(zhi)一。它利用低壓化學氣(qi)相沉(chen)積技術在硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)基體上生(sheng)長出一層(ceng)(ceng)(ceng)由多(duo)晶組成的(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石膜，用其加工硅鋁合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)和銅(tong)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)等有(you)色金(jin)(jin)(jin)(jin)屬、玻璃纖維等工程材料及硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)等材料，刀(dao)(dao)具(ju)壽命是(shi)普通(tong)硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)刀(dao)(dao)具(ju)的(de)50～100倍。金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)采(cai)用了許(xu)多(duo)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石合(he)成技術，最(zui)普通(tong)的(de)是(shi)熱絲法、微波(bo)等離子法和DC等離子噴射法。通(tong)過(guo)改進涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)方(fang)法和涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)粘(zhan)結，已生(sheng)產出金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)刀(dao)(dao)具(ju)，并在工業上得(de)到了應用。

近年來，美(mei)國、日(ri)本(ben)和(he)(he)瑞(rui)典等國家都已相(xiang)繼推出了金剛石(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)絲錐、鉸(jiao)刀(dao)、銑刀(dao)以及用于加工(gong)印刷(shua)線(xian)路(lu)板上(shang)的(de)(de)小(xiao)孔金剛石(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)硬質合金鉆(zhan)頭及各種(zhong)可轉位(wei)刀(dao)片(pian)，如瑞(rui)典Sandvik公司的(de)(de)CD1810和(he)(he)美(mei)國Kennametal公司的(de)(de)KCD25等牌號產(chan)品。美(mei)國Turchan公司開發(fa)的(de)(de)一種(zhong)激(ji)光(guang)等離子(zi)體(ti)沉積金剛石(shi)的(de)(de)新(xin)工(gong)藝，用此法(fa)(fa)沉積金剛石(shi)，由于等離子(zi)場包圍整個刀(dao)具，刀(dao)具上(shang)的(de)(de)涂(tu)(tu)層(ceng)均勻，其沉積速度比(bi)常規CVD法(fa)(fa)快(kuai)1000倍。此法(fa)(fa)所成的(de)(de)金剛石(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)與基體(ti)之間產(chan)生(sheng)真正的(de)(de)冶(ye)金結合，涂(tu)(tu)層(ceng)強度高，可防止涂(tu)(tu)層(ceng)脫落、龜裂和(he)(he)裂紋等缺(que)陷。CemeCon公司具有特色(se)的(de)(de)CVD金剛石(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)技術，2000年建立生(sheng)產(chan)線(xian)，使(shi)金剛石(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)技術達到工(gong)業化生(sheng)產(chan)水平(ping)，其技術含量高，可以批量生(sheng)產(chan)金剛石(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)。

類金剛(gang)石涂層(ceng)(ceng)在對某(mou)些材料(Al、Ti及其復合材料)的(de)(de)機械(xie)加工(gong)方面(mian)(mian)具有(you)明顯優勢。通過低(di)壓氣(qi)相沉(chen)積(ji)(ji)的(de)(de)類金剛(gang)石涂層(ceng)(ceng)，其微觀結構與天(tian)然金剛(gang)石相比仍有(you)較(jiao)大差異。九十年(nian)代，常采用激活(huo)氫(qing)(qing)存在下(xia)的(de)(de)低(di)壓氣(qi)相沉(chen)積(ji)(ji)DLC，涂層(ceng)(ceng)中(zhong)含有(you)大量(liang)氫(qing)(qing)。含氫(qing)(qing)過多將降低(di)涂層(ceng)(ceng)的(de)(de)結合力和硬(ying)(ying)(ying)度(du)，增大內應力。DLC中(zhong)的(de)(de)氫(qing)(qing)在較(jiao)高的(de)(de)溫度(du)下(xia)會(hui)慢慢釋放出(chu)來，引起涂層(ceng)(ceng)工(gong)作不穩定。不含氫(qing)(qing)的(de)(de)DLC硬(ying)(ying)(ying)度(du)比含氫(qing)(qing)的(de)(de)DLC高，具有(you)組織均(jun)勻、可大面(mian)(mian)積(ji)(ji)沉(chen)積(ji)(ji)、成本低(di)、表面(mian)(mian)平整等優點，已(yi)成為(wei)近年(nian)來DLC涂層(ceng)(ceng)研究的(de)(de)熱點。美國(guo)科學家A.A.Voevodin提出(chu)沉(chen)積(ji)(ji)超硬(ying)(ying)(ying)DLC涂層(ceng)(ceng)的(de)(de)結構設計為(wei)Ti-TiC-DLC梯度(du)轉(zhuan)變涂層(ceng)(ceng)，使硬(ying)(ying)(ying)度(du)由(you)較(jiao)軟的(de)(de)鋼(gang)基(ji)體逐漸提高到表層(ceng)(ceng)超硬(ying)(ying)(ying)的(de)(de)DLC涂層(ceng)(ceng)。這類復合涂層(ceng)(ceng)既保持了(le)高硬(ying)(ying)(ying)度(du)和低(di)摩擦系(xi)數，又(you)降低(di)了(le)脆性，提高了(le)承載力、結合力及磨(mo)損抗力。日本住友公司推出(chu)了(le)在硬(ying)(ying)(ying)質合金刀片上涂覆(fu)金剛(gang)石DLC的(de)(de)DL1000涂層(ceng)(ceng)，用于切削(xue)鋁合金和非鐵金屬，抗粘結，能有(you)效降低(di)已(yi)加工(gong)表面(mian)(mian)的(de)(de)粗糙度(du)。

經過多(duo)年的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)表明(ming)：由(you)于(yu)(yu)類(lei)(lei)金(jin)剛(gang)石涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)內應(ying)(ying)力(li)高、熱(re)穩定性差及與黑色(se)金(jin)屬(shu)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)觸媒(mei)效(xiao)應(ying)(ying)使(shi)SP3結(jie)構(gou)向SP2轉變等缺點，決(jue)定了(le)(le)它目前只能(neng)應(ying)(ying)用于(yu)(yu)加(jia)(jia)(jia)工有(you)(you)色(se)金(jin)屬(shu)，因而限制了(le)(le)它在(zai)機加(jia)(jia)(jia)工方(fang)面的(de)(de)(de)(de)(de)進一步應(ying)(ying)用。但是近(jin)年來的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)表明(ming)，以SP2結(jie)構(gou)為(wei)主(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)類(lei)(lei)金(jin)剛(gang)石涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(也(ye)(ye)稱(cheng)為(wei)類(lei)(lei)石墨涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng))硬度也(ye)(ye)可達到20～40GPa，卻不存(cun)在(zai)與黑色(se)金(jin)屬(shu)起觸媒(mei)效(xiao)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)問題，其(qi)摩擦系數(shu)很(hen)低又(you)有(you)(you)很(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)抗濕性，切削時可以用冷卻劑也(ye)(ye)可用于(yu)(yu)干切削，其(qi)壽命比無涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)刀有(you)(you)成倍(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)提高，可以加(jia)(jia)(jia)工鋼鐵材料(liao)，因而引起了(le)(le)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)公司、刀具廠(chang)家的(de)(de)(de)(de)(de)極大興趣(qu)。假以時日，這種(zhong)新型的(de)(de)(de)(de)(de)類(lei)(lei)金(jin)剛(gang)石涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)將會在(zai)切削領(ling)域(yu)得(de)到廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用。

2.立方氮化硼(CBN)涂層

CBN是(shi)繼人工(gong)合(he)成金(jin)剛(gang)石(shi)之(zhi)后出現(xian)的(de)另(ling)一種超硬(ying)材(cai)(cai)料(liao)，它除(chu)了具(ju)有(you)許多與金(jin)剛(gang)石(shi)類(lei)似的(de)優異物理、化(hua)學(xue)特(te)性(xing)(xing)（如超高硬(ying)度(du)，僅次于金(jin)剛(gang)石(shi)，高耐磨性(xing)(xing)，低(di)摩擦系數，低(di)熱(re)膨脹系數等(deng)）外，同時(shi)還具(ju)有(you)一些優于金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)特(te)性(xing)(xing)。CBN對(dui)于鐵(tie)、鋼和氧(yang)(yang)化(hua)環境具(ju)有(you)化(hua)學(xue)惰性(xing)(xing)，在氧(yang)(yang)化(hua)時(shi)形(xing)成一薄層氧(yang)(yang)化(hua)硼(peng)，此氧(yang)(yang)化(hua)物為涂層提供了化(hua)學(xue)穩定性(xing)(xing)，因此它在加工(gong)硬(ying)的(de)鐵(tie)材(cai)(cai)、灰鑄鐵(tie)時(shi)耐熱(re)性(xing)(xing)也極為優良，在相當高的(de)切(qie)削溫度(du)下也能切(qie)削耐熱(re)鋼、淬火鋼、鈦合(he)金(jin)等(deng),并(bing)能切(qie)削高硬(ying)度(du)的(de)冷硬(ying)軋輥、滲碳淬火材(cai)(cai)料(liao)以(yi)及對(dui)刀具(ju)磨損非(fei)常嚴重的(de)硅鋁合(he)金(jin)等(deng)難加工(gong)材(cai)(cai)料(liao)。

自1987年Inagawa等成功地制備了(le)出純(chun)的(de)(de)CBN涂(tu)(tu)層以(yi)來，在國際上掀起了(le)CBN硬(ying)質涂(tu)(tu)層的(de)(de)研究熱潮。低(di)壓氣(qi)相合成CBN涂(tu)(tu)層的(de)(de)方法(fa)主要有CVD和(he)PVD法(fa)。CVD包括(kuo)化(hua)學輸運PCVD，熱絲輔(fu)助加(jia)熱PCVD，ECR－CVD等；PVD則有反應(ying)離(li)子(zi)束(shu)鍍、活性反應(ying)蒸(zheng)(zheng)鍍、激光蒸(zheng)(zheng)鍍離(li)子(zi)束(shu)輔(fu)助沉(chen)積法(fa)等。研究結果表明：在合成CBN相、對硬(ying)質合金(jin)基體的(de)(de)良好粘結和(he)合適(shi)的(de)(de)硬(ying)度等方面已取得了(le)進(jin)展，目前沉(chen)積在硬(ying)質合金(jin)上的(de)(de)立方氮(dan)化(hua)硼(peng)最大僅為0.2～0.5μm，若想(xiang)達到商品(pin)化(hua)，則必須采用可靠的(de)(de)技術來沉(chen)積高(gao)純(chun)的(de)(de)經濟的(de)(de)CBN涂(tu)(tu)層，其厚度應(ying)在3～5μm，并在實(shi)際金(jin)屬(shu)切削加(jia)工中證實(shi)其效果。

3.CNx涂層

二十世代(dai)八十年代(dai)，美(mei)國(guo)科學(xue)(xue)家(jia)Liu和(he)(he)Cohen設計了類似(si)β-Si3N4新型(xing)化合物(wu)β-C3N4，采用固(gu)體物(wu)理和(he)(he)量子(zi)化學(xue)(xue)理論，計算出它的(de)硬度可(ke)能達(da)(da)到(dao)金(jin)剛(gang)石，這引起了世界(jie)各(ge)國(guo)科學(xue)(xue)家(jia)的(de)關注(zhu)。合成(cheng)氮(dan)化碳(tan)成(cheng)為世界(jie)材料科學(xue)(xue)領(ling)域(yu)的(de)熱門課題。日本Okayama大(da)學(xue)(xue)的(de)FFujimoto采用電子(zi)束蒸發(fa)離子(zi)束輔(fu)(fu)助沉(chen)積(ji)法(fa)獲得的(de)氮(dan)化碳(tan)涂層(ceng)達(da)(da)到(dao)63.7Gpa。武漢大(da)學(xue)(xue)合成(cheng)的(de)氮(dan)化碳(tan)硬度分別達(da)(da)到(dao)50GPa，并沉(chen)積(ji)到(dao)高(gao)速鋼(gang)麻花鉆上(shang)，獲得非常好(hao)的(de)鉆孔性能。合成(cheng)氮(dan)化碳(tan)的(de)主要(yao)方法(fa)有真流和(he)(he)射頻反應濺(jian)射法(fa)、激光(guang)蒸發(fa)和(he)(he)離子(zi)束輔(fu)(fu)助沉(chen)積(ji)法(fa)ECR－CVD法(fa)、雙離子(zi)束沉(chen)積(ji)法(fa)等。