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涂層考慮因素與選擇

2018-11-03 19:01:20 

涂層考慮因素與選擇


涂層性能的要求可能迥然不同。在切削時刃口溫度很高的加工條件下,涂層的耐熱磨損性能就變得極其重要。人們期望,現(xiàn)代涂層還應(yīng)具有以下特性:優(yōu)異的高溫性能、抗氧化性能、高硬度(即使在高溫條件下),以及通過納米結(jié)構(gòu)層設(shè)計而具有的微觀韌性(塑性)。

對高效刀具而言,優(yōu)化的涂層粘附性和合理分布的殘余應(yīng)力是兩個決定性因素。首先,需要考慮基體材料與涂層材料的相互作用。其次,涂層材料與被加工材料之間應(yīng)具有盡可能小的親和性。通過采用適當?shù)牡毒邘缀涡螤詈蛯ν繉舆M行拋光的方式,可以顯著降低涂層與工件發(fā)生粘結(jié)的可能性。
鋁基涂層(如AlTiN)是切削加工行業(yè)常用的刀具涂層。在切削高溫作用下,這些鋁基涂層可以形成薄而致密的氧化鋁層,而氧化鋁層在加工中可以不斷自我更新,并保護涂層和其下的基體材料不被氧化侵蝕。

進口涂層設(shè)備
通過改變鋁含量和涂層結(jié)構(gòu),可以調(diào)整涂層的硬度和抗氧化性能。例如,通過增加鋁含量,采用納米結(jié)構(gòu)或微合金化(即與低含量元素合金化),就可以改善涂層的抗氧化性能。
除了涂層材料的化學(xué)成分以外,涂層結(jié)構(gòu)的變化也會顯著改變涂層的性能。不同的刀具性能取決于涂層微觀結(jié)構(gòu)中各種元素的分布狀況。
如今,可將幾種具有不同化學(xué)成分的單一涂層組合成復(fù)合涂層,以獲得所需的性能。這種趨勢今后還將不斷發(fā)展——尤其是通過新的涂層系統(tǒng)與涂層工藝,如將三種高離子化涂層工藝組合到一起的HI3(High Ionization Triple)電弧蒸發(fā)與濺射混合涂層技術(shù)。
作為一種全能型涂層,鈦硅基(TiSi)涂層可以提供優(yōu)異的加工性能。此類涂層既可用于加工具有不同碳化物含量的高硬度鋼(芯部硬度高達65HRC),也能用于加工中等硬度鋼(芯部硬度40HRC)。為了適應(yīng)不同的加工用途,可對涂層結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行相應(yīng)調(diào)整。因此,鈦硅基涂層刀具可用于切削加工從高合金鋼、低合金鋼到淬硬鋼和鈦合金的各種工件材料。在平面工件(硬度為44HRC)上進行的高光潔度切削試驗表明,涂層刀具可使刀具壽命提高近兩倍,加工表面粗糙度減小10倍左右。
鈦硅基涂層可最大限度地減少后續(xù)的表面拋光處理。此類涂層將有望應(yīng)用于切削速度高、刃口溫度高、金屬去除率高的加工中。
對于其他一些PVD涂層(尤其是微合金化涂層),涂層公司也與加工企業(yè)密切合作,研究開發(fā)各種優(yōu)化的表面處理方案。因此,在加工效率、刀具使用、加工質(zhì)量,以及材料、涂層與加工之間的相互作用等方面,都可能獲得很大的改善,并得到實際應(yīng)用。通過與專業(yè)涂層伙伴合作,用戶就可以在刀具的整個生命周期中提高其使用效率。

參考資料:涂層概述

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