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十年间刀具涂层技术发展变化

  正在不断流行,其特点是针对特定加工需求,采用多层涂层和新的涂层材料,使加工性能最优化。

  位于纽约阿默斯特的表面工程涂层协会(SECA)主席、Teeter咨询公司执行董事Fred Teeter表示,“任何存在磨损的地方都可以考虑采用薄膜陶瓷涂层。”尽管涂层在耐磨零件(如涡轮发动机零件)上的应用在不断增长,但涂层在切削刀具上的应用仍然占了绝大部分。涂层的确也证明了自身的价值,根据SECA的统计,与非涂层刀具相比,涂层刀具的寿命可以提高2-10倍。最高工作温度和硬度不断提高的新涂层还在不断涌现,涂层的一些特定性能(如耐磨性、韧性等)也在不断改进。

  几十年前,氮化钛(TiN)涂层曾经是薄膜涂层的首选,虽然这种大家熟悉的金黄色涂层如今还被经常使用,但各种新型涂层早已层出不穷。多层涂层的组合应用可以实现性能的均衡化,这是单层涂层难以做到的。随着新型薄膜涂层的不断涌现,现在,许多工程师可能面临的问题是可供选择的涂层种类太多(而不是太少)。

  加拿大Eifeler涂层服务公司总经理Mahesh Sukumaran指出,“在过去5-10年里,制备时间的缩短使涂层成本大幅降低。此外,使用多层涂层可以充分发挥不同涂层各自的优势,从而降低对润滑剂的需求。”在评价刀具涂层的总体发展趋势时,他解释说,目前仍有许多用户向他咨询TiN涂层的情况,他们不清楚现在已有许多新的涂层可供选择。Eifeler公司可以提供9种不同的PVD涂层产品(图1),其中既有标准的TiN涂层,也包括ZrN、TiCN和AlTiSiN涂层。ExxtralPlus是最受欢迎的涂层之一,这是一种由AlTiN+AlTiCrN组成的多层涂层,适合用于硬质合金立铣刀,能以半干切削或干切削方式高速加工淬硬钢。该涂层的耐热阈值可达800℃,维氏硬度为HV3500±500。Sukumaran指出,涂层技术面临的主要挑战是提高某些涂层的粘附性能以及进一步减小涂层厚度。一般的涂层并不具有润滑性,而我们的多层涂层集润滑性与耐磨性于一身,可以减小刀具与工件之间的摩擦,从而能减少或取消润滑液的使用,同时还能获得更好的切屑流。

  刀具涂层一个值得注意的发展趋势是其应用正变得日趋专用化。涂层和表面技术供应商欧瑞康巴尔查斯(Oerlikon Balzers)公司经理Christopher Halter也注意到了这一点。该公司目前可以提供24种不同的涂层产品,其中的Balinit Alcrona是一种AlCrN涂层,是该公司开发的最后一个通用型涂层牌号。Halter指出,多种新的专用型涂层(如用于铣削加工硬度超过HRC50的淬硬工具钢的Balinit Aldura涂层)代表了未来的发展趋势。另一种AlCr基涂层Balinit Helica则是为麻花钻专门设计的。Balinit Aldura牌号是在起支承作用的TiAlN涂层上再沉积一层AlCrN基功能涂层。TiAlN层可以确保良好的粘附性和机械强度,而AlCrN层可以提供优异的热硬性和抗氧化性能(高达1100℃),并将刀具与切削热隔离开来。

  欧瑞康巴尔查斯公司已经开发出一种将会引起刀具工程师极大兴趣的涂层新技术——P3e(脉冲增强电子发射技术)。

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