刀具(ju)涂層材料介紹 刀具(ju)涂層材料哪種(zhong)好

1.金剛石、類金剛石（DLC）涂層

金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)涂(tu)層是(shi)新型(xing)刀具涂(tu)層材(cai)料之一。它利用低壓化學氣相沉(chen)積(ji)技術在硬質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)基體上(shang)生(sheng)長出一層由多晶組(zu)成(cheng)的(de)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)膜，用其加(jia)工硅(gui)鋁合(he)金(jin)(jin)和銅合(he)金(jin)(jin)等(deng)(deng)有(you)色金(jin)(jin)屬、玻璃纖維等(deng)(deng)工程(cheng)材(cai)料及硬質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)等(deng)(deng)材(cai)料，刀具壽命(ming)是(shi)普(pu)通硬質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)刀具的(de)50～100倍。金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)涂(tu)層采用了許(xu)多金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)合(he)成(cheng)技術，最普(pu)通的(de)是(shi)熱絲(si)法、微波等(deng)(deng)離(li)子法和DC等(deng)(deng)離(li)子噴(pen)射法。通過改進涂(tu)層方法和涂(tu)層的(de)粘結(jie)，已生(sheng)產出金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)涂(tu)層刀具，并在工業(ye)上(shang)得到了應用。

近年(nian)來，美國(guo)(guo)(guo)、日本和(he)瑞典等(deng)(deng)國(guo)(guo)(guo)家都已相繼推出(chu)了金(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)絲(si)錐、鉸刀、銑(xian)刀以(yi)及用于加工印刷線(xian)路板上的(de)(de)小孔(kong)金(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)(tu)層(ceng)硬(ying)質合金(jin)(jin)鉆(zhan)頭及各(ge)種可轉位刀片，如(ru)瑞典Sandvik公(gong)司的(de)(de)CD1810和(he)美國(guo)(guo)(guo)Kennametal公(gong)司的(de)(de)KCD25等(deng)(deng)牌號產(chan)品。美國(guo)(guo)(guo)Turchan公(gong)司開發的(de)(de)一種激光(guang)等(deng)(deng)離子體沉積金(jin)(jin)剛(gang)石的(de)(de)新工藝，用此(ci)法(fa)沉積金(jin)(jin)剛(gang)石，由于等(deng)(deng)離子場包圍整個刀具，刀具上的(de)(de)涂(tu)(tu)層(ceng)均勻，其(qi)沉積速度(du)(du)比常規CVD法(fa)快(kuai)1000倍。此(ci)法(fa)所成(cheng)的(de)(de)金(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)(tu)層(ceng)與(yu)基體之間產(chan)生真正(zheng)的(de)(de)冶金(jin)(jin)結(jie)合，涂(tu)(tu)層(ceng)強度(du)(du)高，可防止(zhi)涂(tu)(tu)層(ceng)脫落、龜裂(lie)和(he)裂(lie)紋等(deng)(deng)缺陷。CemeCon公(gong)司具有特色(se)的(de)(de)CVD金(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)(tu)層(ceng)技(ji)術，2000年(nian)建(jian)立生產(chan)線(xian)，使金(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)(tu)層(ceng)技(ji)術達到工業化生產(chan)水平(ping)，其(qi)技(ji)術含量高，可以(yi)批量生產(chan)金(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)(tu)層(ceng)。

類金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)對某些材(cai)料(Al、Ti及其復(fu)合(he)材(cai)料)的(de)(de)(de)(de)機械(xie)加工(gong)方面(mian)具(ju)有明(ming)顯優(you)勢(shi)。通過低(di)壓(ya)氣相(xiang)沉(chen)(chen)積的(de)(de)(de)(de)類金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，其微觀結(jie)構(gou)與天(tian)然金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)相(xiang)比仍有較(jiao)大差異。九十(shi)年(nian)(nian)代，常采用激(ji)活氫(qing)(qing)存在(zai)下(xia)的(de)(de)(de)(de)低(di)壓(ya)氣相(xiang)沉(chen)(chen)積DLC，涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中含(han)有大量氫(qing)(qing)。含(han)氫(qing)(qing)過多(duo)將降(jiang)低(di)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)結(jie)合(he)力(li)和(he)硬度(du)(du)，增大內(nei)應(ying)力(li)。DLC中的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)在(zai)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)(du)下(xia)會慢慢釋放出來，引起涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)工(gong)作不穩(wen)定。不含(han)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)DLC硬度(du)(du)比含(han)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)DLC高(gao)，具(ju)有組(zu)織均勻、可(ke)大面(mian)積沉(chen)(chen)積、成本低(di)、表面(mian)平整(zheng)等優(you)點，已(yi)成為(wei)近(jin)年(nian)(nian)來DLC涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)研究的(de)(de)(de)(de)熱點。美國科學家A.A.Voevodin提(ti)出沉(chen)(chen)積超硬DLC涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)設計為(wei)Ti-TiC-DLC梯(ti)度(du)(du)轉(zhuan)變涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，使硬度(du)(du)由(you)較(jiao)軟的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)基體逐漸提(ti)高(gao)到表層(ceng)(ceng)(ceng)超硬的(de)(de)(de)(de)DLC涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)。這類復(fu)合(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)既保(bao)持了高(gao)硬度(du)(du)和(he)低(di)摩擦(ca)系數(shu)，又降(jiang)低(di)了脆性，提(ti)高(gao)了承載力(li)、結(jie)合(he)力(li)及磨損抗(kang)(kang)力(li)。日本住友公司推出了在(zai)硬質合(he)金(jin)刀片上涂(tu)覆(fu)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)DLC的(de)(de)(de)(de)DL1000涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，用于(yu)切削鋁合(he)金(jin)和(he)非鐵金(jin)屬，抗(kang)(kang)粘結(jie)，能有效(xiao)降(jiang)低(di)已(yi)加工(gong)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)粗糙度(du)(du)。

經過多(duo)年(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)研究表明(ming)：由于(yu)類金(jin)剛石涂(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)內應(ying)力高(gao)、熱(re)穩定(ding)性(xing)差(cha)及與(yu)黑色金(jin)屬間的(de)(de)(de)(de)(de)觸媒效(xiao)(xiao)應(ying)使SP3結構向SP2轉變(bian)等缺點(dian)，決(jue)定(ding)了(le)(le)它目前只(zhi)能(neng)應(ying)用(yong)于(yu)加工有色金(jin)屬，因(yin)而限(xian)制了(le)(le)它在機加工方面的(de)(de)(de)(de)(de)進一(yi)步應(ying)用(yong)。但是近年(nian)來的(de)(de)(de)(de)(de)研究表明(ming)，以(yi)(yi)SP2結構為(wei)主的(de)(de)(de)(de)(de)類金(jin)剛石涂(tu)(tu)層(ceng)(也稱為(wei)類石墨涂(tu)(tu)層(ceng))硬度也可(ke)(ke)(ke)達到20～40GPa，卻不(bu)存在與(yu)黑色金(jin)屬起觸媒效(xiao)(xiao)應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)問題，其摩擦系數很低(di)又(you)有很好的(de)(de)(de)(de)(de)抗濕性(xing)，切(qie)(qie)削(xue)(xue)時(shi)可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)用(yong)冷卻劑也可(ke)(ke)(ke)用(yong)于(yu)干切(qie)(qie)削(xue)(xue)，其壽命比無涂(tu)(tu)層(ceng)刀(dao)有成倍的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)加工鋼(gang)鐵材料，因(yin)而引起了(le)(le)涂(tu)(tu)層(ceng)公(gong)司、刀(dao)具廠家的(de)(de)(de)(de)(de)極大興趣。假以(yi)(yi)時(shi)日(ri)，這種新(xin)型的(de)(de)(de)(de)(de)類金(jin)剛石涂(tu)(tu)層(ceng)將會在切(qie)(qie)削(xue)(xue)領域得到廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。

2.立方氮化硼(CBN)涂層

CBN是(shi)繼(ji)人工(gong)(gong)合(he)(he)成金(jin)(jin)剛(gang)石之后出現的(de)(de)(de)另(ling)一(yi)種超(chao)硬材料(liao)，它除了(le)具(ju)(ju)有(you)許多與金(jin)(jin)剛(gang)石類似(si)的(de)(de)(de)優(you)異(yi)物理(li)、化(hua)(hua)學特(te)(te)性(xing)(xing)(xing)（如超(chao)高(gao)硬度(du)(du)，僅次于(yu)金(jin)(jin)剛(gang)石，高(gao)耐(nai)磨(mo)(mo)性(xing)(xing)(xing)，低摩(mo)擦系數(shu)(shu)，低熱(re)膨脹系數(shu)(shu)等(deng)）外，同時(shi)(shi)還具(ju)(ju)有(you)一(yi)些(xie)優(you)于(yu)金(jin)(jin)剛(gang)石的(de)(de)(de)特(te)(te)性(xing)(xing)(xing)。CBN對于(yu)鐵、鋼(gang)和氧(yang)(yang)化(hua)(hua)環(huan)境具(ju)(ju)有(you)化(hua)(hua)學惰性(xing)(xing)(xing)，在(zai)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)時(shi)(shi)形成一(yi)薄層(ceng)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硼，此氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物為(wei)涂層(ceng)提供了(le)化(hua)(hua)學穩定性(xing)(xing)(xing)，因(yin)此它在(zai)加工(gong)(gong)硬的(de)(de)(de)鐵材、灰鑄鐵時(shi)(shi)耐(nai)熱(re)性(xing)(xing)(xing)也極為(wei)優(you)良，在(zai)相當高(gao)的(de)(de)(de)切(qie)(qie)削(xue)溫度(du)(du)下也能(neng)(neng)切(qie)(qie)削(xue)耐(nai)熱(re)鋼(gang)、淬火鋼(gang)、鈦合(he)(he)金(jin)(jin)等(deng),并能(neng)(neng)切(qie)(qie)削(xue)高(gao)硬度(du)(du)的(de)(de)(de)冷(leng)硬軋輥、滲(shen)碳淬火材料(liao)以及對刀具(ju)(ju)磨(mo)(mo)損非常嚴(yan)重的(de)(de)(de)硅鋁(lv)合(he)(he)金(jin)(jin)等(deng)難(nan)加工(gong)(gong)材料(liao)。

自1987年Inagawa等(deng)成功地制備了出(chu)純(chun)的(de)CBN涂(tu)層(ceng)(ceng)以來，在(zai)(zai)國(guo)際(ji)上掀起了CBN硬(ying)質涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)研(yan)究熱(re)潮。低壓氣相(xiang)合(he)成CBN涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)方(fang)法主要有(you)(you)CVD和PVD法。CVD包括化學輸運PCVD，熱(re)絲輔(fu)助(zhu)(zhu)加(jia)熱(re)PCVD，ECR－CVD等(deng)；PVD則(ze)有(you)(you)反應離子束鍍(du)、活性反應蒸鍍(du)、激光蒸鍍(du)離子束輔(fu)助(zhu)(zhu)沉積(ji)法等(deng)。研(yan)究結(jie)果表明：在(zai)(zai)合(he)成CBN相(xiang)、對硬(ying)質合(he)金基體(ti)的(de)良(liang)好粘結(jie)和合(he)適(shi)的(de)硬(ying)度等(deng)方(fang)面已取得了進展(zhan)，目前沉積(ji)在(zai)(zai)硬(ying)質合(he)金上的(de)立方(fang)氮(dan)化硼最大僅為0.2～0.5μm，若想達到商品化，則(ze)必須采用可(ke)靠的(de)技(ji)術來沉積(ji)高純(chun)的(de)經(jing)濟的(de)CBN涂(tu)層(ceng)(ceng)，其(qi)厚度應在(zai)(zai)3～5μm，并在(zai)(zai)實(shi)際(ji)金屬切(qie)削加(jia)工中證實(shi)其(qi)效果。

3.CNx涂層

二十世(shi)代八十年代，美(mei)國科(ke)學(xue)家Liu和(he)Cohen設計了類似β-Si3N4新型化合(he)物β-C3N4，采用(yong)固(gu)體(ti)物理和(he)量子(zi)化學(xue)理論，計算(suan)出(chu)它(ta)的(de)(de)(de)硬度可能達(da)到(dao)(dao)金剛(gang)石，這引起(qi)了世(shi)界各國科(ke)學(xue)家的(de)(de)(de)關注。合(he)成(cheng)氮化碳成(cheng)為世(shi)界材料科(ke)學(xue)領域(yu)的(de)(de)(de)熱門課題。日本Okayama大學(xue)的(de)(de)(de)FFujimoto采用(yong)電子(zi)束蒸發離(li)子(zi)束輔(fu)助沉積(ji)(ji)(ji)法(fa)獲(huo)得(de)的(de)(de)(de)氮化碳涂層(ceng)達(da)到(dao)(dao)63.7Gpa。武(wu)漢大學(xue)合(he)成(cheng)的(de)(de)(de)氮化碳硬度分別達(da)到(dao)(dao)50GPa，并沉積(ji)(ji)(ji)到(dao)(dao)高速鋼麻(ma)花鉆上(shang)，獲(huo)得(de)非常好(hao)的(de)(de)(de)鉆孔性(xing)能。合(he)成(cheng)氮化碳的(de)(de)(de)主要方(fang)法(fa)有真流和(he)射頻反應濺(jian)射法(fa)、激光(guang)蒸發和(he)離(li)子(zi)束輔(fu)助沉積(ji)(ji)(ji)法(fa)ECR－CVD法(fa)、雙離(li)子(zi)束沉積(ji)(ji)(ji)法(fa)等。