刀具涂层制备方法及应用
涂层刀具材料特点及刀具的应用
涂层刀具材料特点及刀具的应用对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一。
涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破。
涂层刀具是在韧性较好刀体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，它将刀具基体与硬质涂层相结合，从而使刀具性能大大提高。
新型数控机床所用切削刀具中有80％左右使用涂层刀具。
涂层刀具将是今后数控加工领域中＊重要的刀具品种。
⑴ 涂层刀具的种类根据涂层方法不同，涂层刀具可分为化学气相沉积(CVD)涂层刀具和物理气相沉积(PVD)涂层刀具。
涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法，沉积温度在1000℃左右。
涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法，沉积温度在500℃左右；根据涂层刀具基体材料的不同，涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、以及在陶瓷和超硬材料(石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。
根据涂层材料的性质，涂层刀具又可分为两大类，即“硬”涂层刀具和‘软”涂层刀具。
“硬”涂层刀具追求的主要目标是高的硬度和耐磨性，其主要优点是硬度高、耐磨性能好，典型的是TiC 和TiN涂层。
⑵ 涂层刀具的特点① 力学和切削性能好：涂层刀具将基体材料和涂层材料的优良性能结合起来，既保持了基体良好的韧性和较高的强度，又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低摩擦系数。
因此，涂层刀具的切削速度比未涂层刀具可提高2倍以上，并允许有较高的进给量。
涂层刀具的寿命也得到提高。
② 通用性强：涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用。
③ 涂层厚度：随涂层厚度的增加刀具寿命也会增加，但当涂层厚度达到饱和，刀具寿命不再明显增加。
涂层太厚时，易引起剥离；涂层太薄时，则耐磨性能差。
④ 重磨性：涂层刀片重磨性差、涂层设备复杂、工艺要求高、涂层时间长。
⑤ 涂层材料：不同涂层材料的刀具，切削性能不一样。
如：低速切削时，TiC涂层占有优势；高速切削时，TiN 较合适。
⑶ 涂层刀具的应用涂层刀具在数控加工领域有巨大潜力，将是今后数控加工领域中＊重要的刀具品种。
刀具涂层技术介绍
刀具涂层技术介绍刀具涂层技术是一种在刀具表面涂覆一层特殊材料的技术，旨在提高刀具的硬度、耐磨性、热稳定性和化学稳定性等性能。
刀具涂层技术的发展与高速切削、高效加工和先进制造技术的进步密切相关。
本文将对刀具涂层技术的原理、种类以及应用进行介绍。
1.碳化物涂层：如碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)等。
这些涂层具有极高的硬度和耐磨性，适用于高速切削和重载切削。
2.氮化物涂层：如氮化钨(WN)、氮化钛(TiN)、氮化铝(AlN)等。
这些涂层具有较高的硬度和化学稳定性，广泛应用于切削、修磨和打孔等工艺。
3.金属涂层：如钛合金(TiAlN)、氧化锆(ZrO2)等。
这些涂层具有较高的热稳定性和抗氧化性能，适用于高温切削和挤压。
4.金刚石涂层：金刚石涂层具有超高硬度和低摩擦系数，能够有效提高刀具的寿命和切削质量。
但由于金刚石涂层的制备技术复杂和成本较高，目前还处于实验阶段。
1.金属切削：刀具涂层技术在金属切削领域得到广泛应用，可以提高切削效率和工件表面质量。
例如，在高速铣削中，采用碳化钛涂层的刀具可以显著提高切削速度和切削质量。
2.木材加工：刀具涂层技术在木材加工领域也有一定的应用。
通过涂覆特殊涂层，可以延长刀具的使用寿命，并提高加工效率。
例如，在木材切削中，采用氮化钛涂层的刀具可有效降低磨损和摩擦。
3.非金属材料加工：刀具涂层技术在陶瓷、塑料、复合材料等非金属材料加工领域也得到了广泛应用。
通过涂层技术，可以改善切削表面的光洁度，并提高工件的精度和质量。
4.汽车零部件加工：在汽车零部件加工领域，刀具涂层技术可以有效提高零部件的加工精度和耐用性，适用于发动机气门、曲轴、轴承等零部件的加工。
刀具涂层技术的发展为现代制造业带来了巨大的效益。
随着材料科学、纳米技术和涂层技术的进一步发展，刀具涂层技术的性能和应用范围将会不断扩大。
预计未来刀具涂层技术将更加智能化和环保化，能够实现刀具表面的自动修复和自动调节。
这将进一步提高切削效率和加工质量，推动现代制造业的发展。
涂层刀具的应用与作用
刀具涂层的作用与应用
涂层刀具结合了基体与涂层材料两者的优点，显著提高刀具的切削加工性能。
在切削过程中刀具的涂层在很多程度上提高耐磨性、耐热性和抗高温氧化性，降低了切削力，提高了切削速度，进而提高了加工效率和质量，降低生产成本，提高产品竞争力。
1、提高刀具的力学和切削加工性。
涂层刀具既保持了基本良好的韧性和较高的强度，又具有硬质涂层的高硬度、抗氧化、高耐磨性和地摩擦系数等优异的复合力学性能，从而使刀具的切削性能大为提高。
2、提高刀具的通用性。
涂层刀具适用范围广，这样使原来硬质合金刀具牌号减少30%，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。
3、提高加工质量。
由于硬质合金涂层刀具的硬度高、摩擦系数小、与被加工零件材料之间的亲和力低，不易形成积屑瘤和粘着磨损，使切削力降低了20%左右，切削热也降低了近10%。
这些都对减少被加工零件的变形、提高零件尺寸精度和降低表面粗糙度十分有利。
4、解决难加工材料的加工难题。
在微电子工业、航空、航海工业和石油工业等工业中，大量使用如高硅铝合金、钛合金、镍基合金、不锈钢、高强度高温合金钢、纤维增强合成树脂等难加工材料。
目前，除了少部分采用PCD和PCBN超硬刀具、陶瓷刀具价格外，生产实际中普遍采用性能优异的高速钢涂层刀具。
5、实现绿色切削加工工艺的干切削。
随着制造业的发展，切削液使用量的增多带来了许多弊端，涂层刀具的应用推广，促进了有利于保护环境的干切削加工技术的发展。
干切削加工技术要求刀具材料必须具有很高的红硬性和抗热冲击性、良好的耐磨损性能和抗高温氧化粘结模式性能，这些要求正好是某些复合涂层材料能够胜任的。
刀具涂层技术的进展和应用
材料进行了改进，可能采 用了梯度结构。ＴｉＮ 涂层 不宜单独使用，因为与硬
后刀面磨损量 Ｖ Ｂ ／ ｍ ｍ
０．１５
ＹＮ０５
０．１０
０．０５ＹＷ１／ＴｉＣ来自涂层０ １０３０
５０
７０
９０
切削时间 ｔ／ｍｉｎ
ＴｉＣＮ／ＴｉＣ／Ａｌ Ｏ ， ２３
ＴｉＣＮ／Ａｌ Ｏ ／ＴｉＮ， ２３
ＴｉＣＮ／ＴｉＣ／Ａｌ Ｏ ／ＴｉＮ， ２３
ＴｉＣＮ／Ａｌ Ｏ ／ＴｉＣＮ／ ２３
ＴｉＮ，ＴｉＣ／ＴｉＣＮ／ＴｉＮ， Ｔ ｉ Ｎ ／ Ｔ ｉ Ｃ Ｎ ／ Ｔ ｉ Ｎ 等。以 Ｔ ｉ Ｃ 为底层是传统的做 法，现在多用 ＴｉＣＮ 为底
４２
２
２ＴｉＮ＋８ＨＣｌ
２ＴｉＣｌ ＋２ＣＨ ＋Ｎ ＋２Ｈ →
４
４２
２
２ＴｉＣＮ＋８ＨＣｌ＋２Ｈ ２
２ＡｌＣｌ ＋３ＣＯ ＋３Ｈ →
３
２
２
Ａｌ Ｏ ＋３ＣＯ＋６ＨＣｌ ２３
（２） ＰＣＶＤ（等离子体化学气相沉
合：Ｔ ｉ Ｃ Ｎ ／ Ａ ｌ Ｏ ， ２３
ＴｉＣＮ／ＴｉＣ／ＴｉＮ，
硬质合金牌号的刀片有较宽的适用范 层涂层材料多用 Ｔ ｉ Ｃ ／ Ｔ ｉ Ｎ 、Ｔ ｉ Ｃ ／ Ｙ Ｔ １ ５ ， 而且也远高于 Ｙ Ｔ ３ ０ Ａ 和
围。 在 ２００７ 年第十届中国国际机床
展览会上，高速钢和硬质合金涂层刀
Ａｌ Ｏ 等，三层涂层材料多用 Ｔ ｉ Ｃ ／ ２３
ＴｉＣＮ／ＴｉＮ、ＴｉＣ／Ａｌ Ｏ ／ＴｉＮ 等。涂 ２３
ＡｌＣｒＮ
３２００
０．３５
１１００
涂层刀具及其合理使用
涂层刀具及其合理使用(二)纳米结构日本日立工具公司推出的GM20、GM25多层厚膜涂层刀片，它是在比普通CVD涂层稍低温度条件下(约800℃~900℃)进行的，以形成耐磨性很高的柱状结晶，为了提高刀片的抗粘附性，再在刀具表面上涂覆一层Al2O3膜。
据称，这种镀膜的厚度大，韧性高，与基体结合紧密，抗崩刃性好，尤其适于断续切削的工作，刀具寿命可比一般涂层刀片高1.5~2倍以上。
美国Kennametal Hertel公司在KC9315型刀片上涂有16µm厚的厚涂层，这种刀片特别适于加工高强度铸铁(如球墨铸铁和蠕墨铸铁)，切削速度可达400m/min，并可在干切削和断续切削条件下使用。
该刀片涂层总共有三层：氧化铝(Al2O3)、碳氮化钛(TiCN)和氮化钛(TiN)。
目前，金刚石薄膜涂层刀具的应用已进入实用阶段。
它是在硬质合金基体(常用K类合金)上采用CVD法沉积一层由多晶组成的膜状金刚石而成，常称CVD金刚石刀具(简称CD刀具)。
因基体易于制成复杂形状，故适用于几何形状复杂的刀具。
美国和日本都相继推出了金刚石涂层的丝锥、钻头、立铣刀和带断屑槽可转位刀片(如Sandvik公司的CD1810和美国Kennametal公司的KCD25)等产品，用于有色金属和非金属材料的高速精密加工，刀具寿命比未涂层的硬质合金刀具提高近十倍、甚至几十倍。
而另一种适于加工钢铁材料的CBN 涂层亦已开发成功，并正在走向工业试用阶段。
前几年，武汉大学研制出一种C3N4薄膜，膜的硬度接近超硬材料，用其涂覆在高速钢钻头上，可使钻头寿命大大提高。
此外，美国一家涂层公司使用热阴极蒸发技术把碳蒸发沉积到高速钢刀具表面上，获得结合得很好的类金刚石碳涂层(DLC)。
类金刚石是非晶体，但它有很多金刚石相似的性能，如高的抗压强度与硬度、低的摩擦因数和好的耐蚀性等，类金刚石刀具的问世，为涂层刀具的应用展现了一个新的前景。
除上述各种硬质涂层材料外，还开发了MoS2基的软涂层材料及WC/C“中硬”型滑性涂层材料。
涂层刀具的涂层材料、涂层方法及发展方向
涂层刀具的涂层材料、涂层方法及进展方向在切削加工中，刀具性能对切削加工的效率、精度、表面质量有着决议性的影响。
刀具性能的两个关键指标硬度和强度（韧性）之间好像总是存在着冲突，硬度高的材料往往强度和韧性低，而要提高韧性往往是以硬度的下降为代价的。
在较软的刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜（如TiC、TiN、Al2O3,等）构成的涂层刀具，较好的解决了刀具存在的强度和韧性之间的冲突，是切削刀具进展的一次革命。
涂层刀具是近20年来进展最快的新型刀具。
目前工业发达国家涂层刀具已占80%以上，CNC机床上所用的切削刀具90%以上是涂层刀具。
1涂层刀具、涂层材料及涂层方法涂层刀具的特点涂层刀具结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，提高了刀具的耐磨性而不降低其韧性。
涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。
一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用，因而可以大大削减刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。
但是刀具在现有的涂层工艺进行涂层后，因基体材料和涂层材料性质差别较大，涂层残留内应力大，涂层和基体之间的界面结合强度低，涂层易剥落，而且涂层过程中还造成基体强度下降、涂层刀片重磨性差、涂层设备多而杂、昂贵、工艺要求高、涂层时间长、刀具成本上升等缺点。
常用的涂层材料及性质常用的涂层材料常用的涂层材料有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、硅化物、金刚石及复合涂层八大类数十个品种。
依据化学键的特征，可将这些涂层材料分成金属键型、共价键型和离子键型。
涂层材料的性质金属键型涂层材料（如TiB2、TiC、TiN、VC、WC等）熔点高、脆性低、界面结合强度高、交互作用趋势强、多层匹配性好，具有良好的综合性能，是最一般的涂层材料。
共价键型涂层材料（如B4C、SiC、BN、金刚石等）硬度高、热胀系数低、与基体界面结合强度差、稳定性和多层匹配性差。
刀具涂层工艺
刀具涂层工艺刀具涂层工艺是一种在刀具表面覆盖一层或多层特殊材料的工艺，旨在提高刀具的锋利度、耐久性和使用性能。
这种工艺在工业、医疗和家庭等领域应用广泛。
工艺流程刀具涂层工艺通常包括以下几个步骤：前处理、喷涂预处理、热处理和后处理。
前处理：在涂层之前，需要对刀具进行清洗、打磨和抛光等操作，以去除刀具表面的杂质和氧化层，确保涂层与基体的结合力。
喷涂预处理：在涂层之前，需要对刀具进行喷涂预处理，以增加刀具表面的粗糙度，提高涂层与基体的结合力。
热处理：涂层后需要进行热处理，以增强涂层与基体的结合力和提高刀具的硬度。
后处理：热处理后需要对刀具进行打磨、抛光和清洗等操作，以去除多余的材料和杂质，确保刀具的外观和质量。
材料选择适合做刀具涂层的材料包括聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等。
这些材料具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和抗粘性，可以提高刀具的锋利度和耐久性。
质量控制为了确保刀具涂层的质量，需要对涂层的外观、厚度和耐腐蚀性等进行检测和控制。
外观检测包括观察涂层的平整度、光洁度和颜色等；厚度检测可以通过涂层测厚仪进行测量；耐腐蚀性试验可以通过盐雾试验等方法进行检测。
应用前景刀具涂层工艺在工业、医疗和家庭等领域都有广泛的应用前景。
在工业领域，涂层刀具可以提高加工效率、降低生产成本和减少刀具磨损；在医疗领域，涂层刀具可以用于手术器械的切割和消毒，提高手术效率和安全性；在家庭领域，涂层刀具可以提高食品加工的效率和卫生水平，保障家庭成员的健康。
随着科技的不断发展，刀具涂层工艺也将不断改进和完善。
未来，涂层材料的选择将更加多样化，涂层工艺将更加精细化和智能化。
同时，随着人们对刀具性能和使用寿命的要求不断提高，涂层刀具的市场需求也将持续增长。
因此，可以预见，刀具涂层工艺在未来仍将具有广阔的发展前景。
刀具涂层技术的应用
刀具涂层技术的应用刀具涂层技术的应用引言：刀具涂层技术是一种在刀具表面附加一层薄膜的技术，以增加刀具的寿命、提高切削性能和减少切削力。
它在制造业中被广泛应用。
本文将深入探讨刀具涂层技术的原理、常见的应用领域以及未来的发展趋势。
一、刀具涂层技术的原理刀具涂层技术的原理是在刀具表面形成一层涂层，这个涂层可以提供刀具的耐磨性、高速切削能力和抗热性能。
常见的涂层材料包括碳化物、氧化物和氮化物。
涂层可以通过物理蒸发沉积、化学气相沉积和物理气相沉积等方法制备。
二、刀具涂层技术的应用领域1. 汽车制造业：在汽车制造业中，刀具涂层技术可以应用于汽车零部件的加工过程中，例如发动机零部件的铣削、钻孔和车削等。
刀具涂层技术可以提高刀具的寿命，减少生产成本，并提高生产效率。
2. 航空航天工业：在航空航天工业中，刀具涂层技术可以应用于飞机零部件的加工和维修过程中。
刀具涂层技术可以提高刀具的高温抗氧化性能和抗磨损性能，保证零部件的质量和安全性。
3. 电子制造业：在电子制造业中，刀具涂层技术可以应用于半导体和电子元件的加工过程中。
刀具涂层技术可以提高切削质量，减少切削力和加工成本，提高生产效率。
4. 刀具制造业：在刀具制造业中，刀具涂层技术可以应用于刀具的制造过程中。
刀具涂层技术可以提高刀具的硬度、耐磨性和耐蚀性，延长刀具的使用寿命。
三、刀具涂层技术的未来发展趋势1. 纳米涂层技术的应用：随着纳米材料的发展和应用，纳米涂层技术将成为刀具涂层技术的重要发展方向。
纳米涂层可以提供更高的硬度、更好的耐磨性和更低的摩擦系数。
2. 多功能涂层技术的发展：多功能涂层技术是指在刀具表面涂层上添加功能性材料，以实现多种性能的综合应用。
未来，多功能涂层技术将成为刀具涂层技术的主要发展方向，以满足不同应用领域的需求。
3. 智能涂层技术的应用：智能涂层技术是指通过在刀具表面涂层上添加传感器或微电子设备，实现对刀具状况的实时监测和控制。
智能涂层技术将提高刀具的自动化程度和可靠性，减少刀具的维护和更换。
CNC机床加工中的刀具涂层选择与应用
CNC机床加工中的刀具涂层选择与应用CNC机床加工中，刀具涂层的选择和应用是提高加工效率和刀具使用寿命的关键。
刀具涂层可以降低切削力和摩擦系数，提高刀具的硬度、耐磨性和高温稳定性。
本文将就刀具涂层的选择和应用进行探讨。
1. 介绍刀具涂层技术的背景和作用刀具涂层是一种先进的表面处理技术，通过在刀具表面涂覆一层特殊的材料，可以改变刀具的表面性能，提高切削性能和使用寿命。
刀具涂层主要的作用包括降低刀具与工件之间的摩擦系数，提高刀具的硬度和亲润性，减少切削热和粘着磨损，延长刀具的使用寿命。
2. 选择刀具涂层的考虑因素选择合适的刀具涂层应考虑以下因素：- 加工材料：不同的加工材料对切削刀具的要求不同，应选择适合加工材料的刀具涂层。
例如，对于高硬度材料，可以选择提高刀具硬度的涂层。
- 加工类型：不同的加工类型对切削刀具的要求也不同，需要根据具体的加工类型选择合适的刀具涂层。
例如，对于高速切削，可以选择具有高热稳定性和低摩擦系数的涂层。
- 加工条件：加工条件包括切削速度、进给速度和切削深度等参数，不同的加工条件对刀具涂层的要求也不同。
应根据具体的加工条件选择适合的刀具涂层。
- 成本考虑：刀具涂层的价格相对较高，需要根据加工成本和刀具寿命来考虑选择合适的刀具涂层。
不同的刀具涂层价格和使用寿命也不同，需要综合考虑成本因素。
3. 常见的刀具涂层类型刀具涂层根据材料和工艺不同，可以分为多种类型，常见的刀具涂层包括：- TiN涂层：TiN涂层是最常见的刀具涂层之一，具有较高的硬度和耐磨性。
适用于加工低硬度材料和一般切削条件。
- TiCN涂层：TiCN涂层是TiN涂层的改进型，具有更高的硬度和耐磨性。
适用于高速切削和加工高硬度材料。
- TiAlN涂层：TiAlN涂层是一种先进的刀具涂层，具有优异的热稳定性和抗氧化性能。
适用于高速切削、干切削和高温切削。
- DLC涂层：DLC涂层是一种钻石样类非晶碳膜涂层，具有低摩擦系数和优异的润滑性能。
刀具涂层技术
刀具涂层技术刀具涂层技术一、简介刀具涂层技术是一种常用的刀具改进技术，通过在刀具表面应用涂层，可以显著提高刀具的硬度、耐磨性和切削性能，从而延长刀具的使用寿命。
刀具涂层技术已广泛应用于金属加工、车床加工、铣床加工等领域，并对现代制造业的发展起到了重要推动作用。
二、刀具涂层技术的原理刀具涂层技术主要通过在刀具表面形成一层薄膜，改变刀具的表面性质，以提高其性能。
常用的刀具涂层材料包括氮化物、碳化物、氧化物和金属等。
涂层可以提高刀具的硬度，减少切削时的磨损，增加刀具的耐用度。
三、刀具涂层技术的优势1. 提高切削性能：刀具涂层技术可以大大提高刀具的切削性能，使其在加工过程中更加高效、精确。
涂层可以降低切削力和摩擦系数，减少切削热。
因此，刀具涂层技术在高速切削和重切削条件下具有明显的优势。
2. 延长刀具使用寿命：刀具涂层技术可以显著延长刀具的使用寿命。
涂层的硬度和耐磨性可以有效减少刀具的磨损和损坏，提高其使用寿命。
此外，涂层还能提高刀具的耐腐蚀性，减少化学反应和氧化，使刀具更加耐久。
3. 提高加工质量：刀具涂层技术能够提高加工质量，降低加工中的振动和噪音。
涂层可以改善刀具与工件之间的接触情况，减少粘着和堆焊的可能性，使加工过程更为平稳。
4. 提高加工效率：刀具涂层技术的应用可以提高加工效率，节约加工时间和成本。
由于涂层能够减少摩擦和热量，因此降低了切削力和切削温度，从而使加工过程更加稳定。
四、刀具涂层技术的应用领域刀具涂层技术已广泛应用于金属加工、车床加工、铣床加工、钻削加工等领域。
在汽车制造、航空航天、机械制造等行业中，刀具涂层技术被广泛应用于高效高精度的加工中。
刀具涂层技术还在一些特殊领域得到了广泛应用。
例如，在医疗器械制造领域，刀具涂层技术可以提高手术刀具的精度和切削性能，从而提高手术的效果。
在材料研究领域，刀具涂层技术可以用于表面改性、材料切削和薄膜制备等方面。
五、刀具涂层技术的发展趋势随着制造业的快速发展，刀具涂层技术也在不断创新和进步。
刀具涂层技术在金属切削中的应用与优势分析
刀具涂层技术在金属切削中的应用与优势分析引言：切削加工是现代制造业中常见的加工方法之一，其精度和效率对产品质量和生产成本具有重要影响。
刀具是切削加工中不可或缺的重要工具，而刀具涂层技术则是提高刀具使用寿命和效率的重要手段之一。
本文将就刀具涂层技术的应用和优势展开分析。
一、刀具涂层技术在金属切削中的应用（此部分可根据实际情况加入相关的刀具涂层技术应用案例进行阐述）1. 提高刀具硬度和耐磨性刀具涂层技术可以通过在刀具表面添加高硬度和耐磨性的涂层层，使刀具更加耐磨和耐蚀。
例如，钛碳氮（TiCN）涂层和钼锪氮（MoN）涂层可以显著提高刀具硬度和耐磨性，延长刀具的使用寿命。
2. 提高切削速度和精度刀具涂层技术可以减小切削力和切削温度，从而提高切削速度和精度。
涂层可以减小切削时的摩擦阻力，降低切削温度，有效防止刀具因高温而变形和失效。
3. 提高切削稳定性和可靠性刀具涂层技术可以提供良好的刀具表面光洁度和润滑性，减小切削时产生的摩擦和粘附。
涂层能够有效降低切削时产生的热量和压力，提高切削稳定性和切削质量，减少切削噪音和振动，提高切削过程的可靠性。
二、刀具涂层技术的优势分析1. 提高切削效率和经济性刀具涂层技术能够有效提高切削效率和经济性。
使用涂层刀具可以提高切削速度和材料去除率，缩短加工周期，提高生产效率。
涂层刀具的使用寿命长，可以减少更换刀具的频率，降低生产成本。
2. 降低切削力和能耗刀具涂层技术可以减小切削力和摩擦阻力，降低能耗。
涂层刀具具有更小的摩擦系数，能够更有效地减小切削时的摩擦，降低切削力和能耗。
3. 提高切削表面质量刀具涂层技术可以提高切削表面的质量。
涂层刀具具有良好的刃口抗磨性和耐磨性，能够保持刃口的锋利度和形状，提高切削表面的光洁度和平整度。
4. 推动可持续发展刀具涂层技术具有环保和可持续发展的特点。
涂层刀具能够降低切削液的使用量和切削过程中的废料产生量，减少对环境的污染，符合低碳环保的发展要求。
一种高韧性硬质涂层及制备工艺和应用以及刀具
层的厚TiAlN ，6nm 至4层的厚度为TiSiN 所述，一个周期内，本申请的某些实施例中[0010]。
m μ5.4至5.3所述高韧性硬质涂层厚度为，期个周180至140所述高韧性硬质涂层包含，层TiAlN 层和TiSiN 涂层包括周期性交替沉积的所述高韧性硬质，本申请所提供的高韧性硬质涂层采用如前所述的制备工艺制成[0009]。
基体采用硬质合金，本申请的某些实施例中[0008]。
min 5蚀对基体进行离子刻，A 80靶电流为，靶Cr 开启阴极弧，Pa 5.0气压调整为，V 800‑体偏压为调整基；min 30对镀膜腔室进行辉光溅射清洗，V 1000‑基体偏压为，Pa 2设定腔内气压为，向镀膜腔室通入氩气，基体放入镀膜腔室后，中S1步骤，本申请的某些实施例中[0007]。
%.at 50含量为Al ，%.at 50含量为Ti ，阴极弧钛铝靶中，本申请的某些实施例中[0006]。
%.at 25含量为Si ，%.at 75含量为Ti ，高功率脉冲磁控钛硅靶中，本申请的某些实施例中[0005]。
min 275至180沉积时间为，层TiSiN 层和TiAlN 在基体上交替沉积，S4；2A/cm 5.1至5.0调节钛铝靶平均电流密度为，同时开启阴极弧钛铝靶；Hz 500脉冲频率为，微秒200至50脉宽为，2W/cm 20至5调节钛硅靶的平均功率密度为，靶开启高功率脉冲磁控钛硅，℃600至300沉积温度为，V 100‑调节基体偏压为，S3；Pa 6.1镀膜腔室中气压设置为，50%且氮气的体积占比，向镀膜腔室通入氩气和氮气，S2；对基体进行预处理，S1：本申请所提供的高韧性硬质涂层的制备工艺包括如下流程[0004]。
所采用的技术方案如下，和应用以及刀具本申请提供一种高韧性硬质涂层及制备工艺，为解决上述技术问题中的至少之一[0003]发明内容。
两种涂层的性能层的涂层结构且能够间距TiSiN 层和TiAlN 好的工艺在基体表面制备具有然而目前尚无良。
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刀具涂层制备方法及应用摘要：随着科学技术的发展，难加工材料的使用越来越多，为了适应这一要求，现代机械加工工业正朝着高精度、高速切削、干式切削技术、绿色制造以及降低成本等方向发展，也因为如此，人们对制造用刀具提出了更高的要求。
涂层刀具有高硬度和优良的耐磨性，延长了刀具的寿命。
当前刀具涂层制备方法主要包括化学气相沉积和物理气相沉积，刀具涂层的种类也日益丰富。
涂层刀具的发展呈现涂层成分多元化，涂层结构多层化，涂层基体梯度化和涂层工艺灵活化的趋势。
目前刀具涂层的制备也存在许多不足之处，主要体现在相关技术的研究不够深入方面。
本文就刀具涂层的制备方法、刀具涂层制备问题以及刀具涂层的应用等方面进行了一些论述。
关键词：刀具涂层CVD PVD绿色制造清洁化生产1、前言随着科学技术的进步，难加工材料的使用日益增多，材料的力学性能不断提高，而且，对加工效率的要求也不断提高，传统的未涂层刀具常常不能适应新的要求。
尽管目前常用的刀具如高速钢刀具（硬度66-70HRC）和硬质合金刀具（硬度89-93.5HR C）的硬度都很高，但是对于难加工材料的高效加工已不适用。
虽然可以采取各种措施提高刀具材料的硬度与耐磨性，但同时必然带来刀具材料抗弯强度和冲击韧性的下降，即材料变脆，从而影响刀具的使用性能。
在高速钢刀具基体和硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜（如TiC，TiAIN，Al203等）的涂层刀具，结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，降低了刀具与工件之间的摩擦因数，提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性。
因此，刀具涂层技术是解决刀具材料中硬度、耐磨性与强度、韧性之间矛盾的一个有效措施。
刀具涂层是一种耐磨涂层，其特性要求是：耐磨性好、硬度高、化学稳定性好、摩擦系数低、导热性及稳定性好。
刀具涂层有类似于冷却液的功能，它产生一层保护层，把刀具与切削热隔离开来（因为难熔金属化合物有比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数），使热量很少传到刀具，从而能在较长的时间内保持刀尖的坚硬和锋利。
表面光滑的涂层（软涂层）还可以减少摩擦来降低切削热，保持刀具材料不受化学反应的作用，因为在大多数高速干切削中，高温对化学反应有很大的催化作用。
通常软涂层和硬涂层作复合涂层，形成一个多涂层刀具，既有硬度高、耐磨性好的特性，又有摩擦系数小、切屑易流出的优点，有优良的替代冷却液的功能。
在干切削技术中，刀具涂层发挥着非常重要的作用。
2、刀具涂层常用制备方法刀具涂层的制备方法有很多包括气相沉积、热喷涂、化学热处理、热反应扩散沉积、溶胶凝胶等。
气相沉积应用比较多，制备涂层质量好，己经逐步成为刀具涂层制备方法的主导。
气相沉积技术分为化学气相沉积（chemical vapor deposition CVD）和物理气相沉积（physical vapor deposition PVD）2.1化学气相沉积（CVD）CVD即化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)法是利用金属卤化物的蒸气、氢气和其它化学成分，在950～1050℃高温下，进行分解、热合等气固反应，或利用化学传输作用，在加热基体表面形成固态沉积层的一种方法。
图1 CVD涂层技术采用CVD表面涂层技术，可在各种硬质合金、各种工具钢、模具钢、合金钢零件表面牢固地涂复一层碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硼化物等超硬材料，从而可使刀具、模具、机械零件获得高韧性、耐磨损、抗腐蚀等优良的复合机械性能，提高使用寿命2~6倍，有的甚至可达十几倍，同时，可提高生产效率50%以上。
利用化学气相沉积法制备耐磨涂层在金属切削用刀具行业中应用非常广泛，如在刀具基体上沉积TiN，TiC，Ti(CN)，TiSiN，TiSiCN，TaC，ZrN，HfN，Al2O3，TiB2等，与其他薄膜沉积技术相比，CVD法具有设备简单、适合涂镀各种复杂形状的部件、涂层与基体结合强度高等优点。
与物理气相沉积（PVD）法相比，从工艺上讲它最突出的缺点是沉积温度太高，给刀具带来了一些性能上的缺陷，如刀具切削刃需经过钝化预处理，刀具表面易出现残余拉应力，且不能用于高速钢刀具表面涂层，因为沉积温度超过了高速钢的相变温度（约560℃）。
为解决CVD工艺温度高的问题，低温化学气相沉积（PCVD），中温化学气相沉积（MT-CVD）技术相继开发并投入实用。
目前，CVD（包括MT-CVD）技术主要用于硬质合金可转位刀片的表面涂层，涂层刀具适用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。
2.2物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是利用某种物理过程，如物质的蒸发或受到粒子轰击时，物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到沉积涂层的可控转移过程，是在分子原子的尺度上沉积涂层。
与CVD涂层技术相比PVD涂层技术有以下几个优点：（1）PVD技术的沉积温度低,可以在200～600℃及以下沉积TiN等超硬涂层，因此不会降低基体材料原有抗弯强度；（2）涂层具有微细结构，在涂层内部产生压应力，抗裂纹扩展能力强；（3）涂层表面光滑，比CVD涂层更能有效地阻止前刀面的横裂纹扩展，同时还可以降低摩擦系数；（4）可以使用刃口锋利的刀具作基体，这一点对于高速切削非常重要；（5）对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向等。
图2 PVD涂层技术由于PVD涂层技术所具有的这些优异特性，自二十世纪七十年代末出现以来在世界范围得到了迅速推广和广泛应用，PVD涂层工艺也从单一涂层技术发展为多种PVD涂层工艺的组合使用的复合PVD涂层技术。
2.2.1单一PVD涂层技术目前常用的单一PVD涂层技术根据施加于蒸发离子上的能量不同可分为蒸发镀(EP，Evaporating Deposition)、离子镀(IP，Ion Plating)和溅射镀(SP，Sputtering Plating)三大类。
（1)蒸发镀EP是在10-5～10-6 Torr真空条件下，采用电阻、电子束等加热材料使之蒸发成为气相的原子或分子沉积到工件的表面，生成一个新的沉积层。
该技术设备简单，生产成本较低，涂层精细、光滑、不含颗粒、杂质等，适合大规模生产。
蒸发镀膜的不足之处是沉积的表面涂层与基体材料的结合力比较差，而且对一些难熔金属的气相沉积也有一定的难度。
在沉积过程中通常只使用一种材料的靶材，绕射性很差，较难满足超硬材料镀膜的需要。
目前常用于刀具涂层的方法有：低压电子束蒸发法、阴极电弧沉积法、三极管高压电子束蒸发法等。
图3 蒸发镀膜原理(2)溅射镀SP是在真空室中利用荷能离子轰击靶材表面，通过粒子的动量传递轰击出靶材中的原子及其它粒子，并使其沉积在基体上形成镀膜的技术。
SP能实现大面积快速沉积，凡是能够制成靶的金属化合物、介质均可做镀膜材料，镀膜密度好，附着性好，具有代表性的方法有阴极（二极）溅射镀膜、三极溅射镀膜、四极溅射镀膜、射频溅射镀膜、磁控溅射镀膜、反应溅射镀膜等。
其中，磁控溅射镀膜又称高速低温溅射，沉积速率高，工作气压低，镀膜质量高，工艺稳定，便于大规模生产，其发展引起了镀膜工艺的深刻变化，特别是近几年来在切削刀具上的涂层应用取得了巨大的发展。
目前SP技术的发展趋势是不断扩大离子溅射涂层工艺的应用范围，因为离子溅射具有灵活性及低沉积温度兼容性的优势，而非平衡磁控溅射(UMS，Unbalanced Magnetron Sputtering)涂层工艺则是SP领域极具潜力的方法。
图4溅射镀膜原理(3)离子镀IP是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物质或其反应物沉积在衬底上。
离子镀是一种应用较多的超硬材料镀膜技术，它是在真空镀膜的基础上再加上等离子体激活，即在工件上加上1千伏～5千伏的负电压，通入工作气体（常用氩气），真空室内的压强由10-3～10-6 Torr 上升到2×10-1～5×10-2 Torr。
在电场作用下，工作气体被电离，产生辉光放电，在工件周围形成一个等离子体区，气相沉积的粒子经过等离子区时，也会被电离成离子，在负电压的作用下加速飞向工件表面，形成表面涂层。
IP的镀层绕射性较好，工件处于电场中，使得镀膜材料的离子能够达到工件的所有表面，镀膜粘结性好，组织致密。
常用的IP技术有直流二极IP、直流三极I P、空心阴极IP，活化反应IP、电弧IP等。
目前在切削刀具超硬材料镀膜中应用较为成功的技术是多弧IP，具有代表性的制造厂家，如美国的Multi-Arc Inc。
图5离子镀原理2.2.2 复合PVD涂层技术由于单一PVD涂层技术其固有的特点和局限性，往往很难满足机械加工对切削刀具苛刻的要求，因而出现了将不同PVD涂层技术或表面处理技术以适当的顺序和方法加以组合，形成新的复合涂层技术，使得在同一刀具的涂层体系中，内层涂层提供与基体特殊的附着力和较高耐磨性，外层从而获得任何单一技术不能达到的具有良好综合物理机械性能的刀具表面。
以下是几种可用于高速钢刀具的先进的复合PVD涂层技术。
（1）离子束辅助沉积(IBAD，Ion Beam Assisted Deposition)技术是兼有气相沉积与离子注入优点的一种新型PVD技术。
在离子镀镀膜技术和离子溅射镀膜技术等等单一PVD涂层技术中，涂层沉积涂层元素以离子形式在电场作用下以更大的速度向工件表面沉积，而且在离子镀镀膜技术和离子溅射镀膜技术在沉积之前，可以先用工作气体离子轰击（在电场作用下）工件表面，以清除表面的有害化合物和表面缺陷。
这些都有利于改善表面涂层和工件表面的结合性能。
用上面的各种方法制备的表面涂层，即使加了离子束的激发和加速，但是终因能量还不够高，表面涂层和基体材料之间还是有明显的界限，基本上没有过渡层，其结合力虽然通过一些方法得到了改善，但终究还是有限的，涂层的剥落仍是一个主要的缺点。
为了继续改善表面涂层的结合力问题，人们将离子注入引入表面涂层的过程，离子束辅助沉积就是在气相沉积中引入离子注入的一种新型PVD涂层技术。
离子束辅助沉积ABS的特点是在离子束溅射沉积的基础上，又加进一个能量更高的离子束，成为双离子束沉积技术：一个能量为几个千电子伏的离子束用于溅射沉积，另一个能量为10千电子伏～100千电子伏的离子束用于离子注入。
既可以表面涂层沉积和离子注入同时进行，也可以先进行表面涂层沉积再进行离子注入。
用于离子注入的离子束具有高得多的能量，其射程可以穿过表面涂层，引起涂层原子和基体材料原子之间的相互渗透和相互混合，这就是所谓的离子束混合过程。
这样就在界面区形成了一个过渡层，大大增强了表面涂层与基体材料之间的结合力。
有人把这个过程比喻为“离子束缝合”，离子束好像针线一样，把表面涂层和基体材料牢牢地“缝合”在一起。