涂层刀具的应用现状及发展趋势
硬质及超硬涂层的研究现状及发展趋势
硬质及超硬涂层的研究现状及发展趋势综述姓名：马中红学号：139024220摘要：随着现代科学技术的不断进步，普通硬质涂层和超硬涂层有了显著的发展，部分涂层已经在某些领域实现了应用。
主要介绍了氮化物、碳化物、氧化物、硼化物等普通硬质涂层和金刚石、类金刚石（DLC）、c BN、纳米多层结构涂层及纳米复合涂层等超硬涂层的性能、应用、制备技术及其发展趋势，并对部分常见涂层面临的性能改进及其今后可能的发展方向进行了探讨。
关键词：硬质涂层；超硬涂层；应用前景；研究进展Abstract：As the advancements of modern science and technology，the conventional hard and superhard coatings have achieved remarkable development．Indeed，partial coatings even have been used in some filed．The performance，applications，preparation technique and development tendency of the conventional hard coatings of nitrides，carbides，oxidates and borides have been introduced mainly，as well as superhard coatings of diamond，DLC，c BN，nano multilayer and composite coatings．Moreover，the existing problems regarding to performanceimprovement and feasible development trend henceforth of the partial common coatings was pointed out．Key words：hard coating；superhard coating；application prospect；research progress1 引言硬质涂层是进行材料表面强化、发挥材料潜力提高生产效率的有效途径，它是表面涂层的一种，是指通过物理或化学的方法在基底的表面沉积的厚度在微米量级，显微硬度大于某一特定值（HV=20GPa）的表面涂层。
国外刀具涂层技术的现状及发展趋势
维 克的工作 小组在 Ｉ Ｍ 位 于美 国圣 何塞 的研 究 中心 ，他们 目前 正在努 力研发 一种名 为 ” Ｂ
锂空气” 的新型电池。该电池应用的技术能极大提高 电动汽车 电池的效率 ，让 电动汽车每充 电一 次 即可跑 ５０ ｉ，而 大 多数 目前市场上 销售 的 电动 汽车 充 电一次 只 能跑 １０ｍ。 ０ｋ ｎ ０ｋ 这种 电池在 理 论上能 够将 目前 电动 汽 车普遍使 用 的锂 电池能量 密度 提 高十倍 ， 因为 这种 电池将空气作为反应物放入 电池 内部 。这意味着” 锂空气” 的储存装置要 比一般的锂 电池更 轻，这也很大程度提升了电动汽车的性能。 ” 我总是把这个研发 的过程 比喻成攀登珠穆朗玛峰，” 维克说，” 在过去 的两个月里，我 们只能算是刚刚起步而已，不过可喜的是，我们已经取得 了一些突破性进展。” 维克 不愿透 露 关于研 究 的详 细 内容 ，但 他表 示 ，这 种” 空气 ” 锂 电池 将 是可 以重复充 电使 用 的，还 将拥有 之 前锂 电池所 没有 的一 些功 能 。” 这个 研究 可 能花 费数年 ， 同时也 是一 个具 有 极 高风 险的研 究项 目。” 虽然，维克的小组取得了一定的成果， 但是想要使电动汽车的电池既安全又经济，暂时 还 是 无法 实现 的 ，即便 金属 空气 电池也 是如此 。在金 属 空气 电池 中，空气 中 的氧 气被 当作锂 电极 的反应 物 。ＩＭ 研 究员纳 亚说 ：” Ｂ 这样 电池 就像 一个燃烧 引擎 。现 在是 汽车 吸进空 气使 其与汽油一起燃烧， 将来空气将会用于电化学反应。 ⅢＭ 预计在 ５ ” 年后生产出第一个样品， 而其他研究者则很谨慎地预计，这种研究方案需要耗时几十年。 从世界范围来看，电动汽车的研究者和开发商都把重点放在电池方面， 锂离子电池技术 代 表 了 当前的研 究水平 。２ 纪 ９ 代初 ，索尼 生产 出 了第 一个 小型 的锂离 子 电池 ， 由于 Ｏ世 ０年 具备性能高、 寿命长、充 电时间短等优点，很快就在小型设备如移动电话、笔记本电脑和模 型飞机等方面得到了应用 。有趣的是，在汽车领域最初却没人愿意使用锂离子电池， 锂作 为 电极 材 料不仅 会 导致 电压 过高 ，而 且很容 易与其 他元素 进 行反应 。 目前 ，对 于锂 电池来 说，安全性 、耐用性 、放 电容 量 以及 快速 充 电都是 十分 重要 的，这 几 个要 素缺 一不 可 。 而 ， 车 电池 的安全性 、放 电容量 和耐用 性是 相互 联系 、此消彼 长 的， 然 汽 电池制 造 商陷入 两难境 地 ，一方 面 的提 高大 多 以牺 牲其 它方 面为代 价 。
涂层刀具的切削性能与发展
试析涂层刀具的切削性能与发展[摘要]切削刀具材料不仅需要有很高的硬度和耐磨性，而且需要有较好的抗弯强度和冲击韧性。
这两方面的性能相互矛盾，难以兼顾。
在刀具表面敷以涂层，是解决这一矛盾的有效方法。
刀具材料表面有了涂层，其综合性能得到了明显的提高。
本文将着重讨论涂层刀具的切削性能和发展趋势。
[关键词]刀具；涂层；切削性能；存在的问题；发展趋势中图分类号：tg335.86 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）23-0077-01引言制造业的发展离不开切削刀具，现代切削刀具已经成为提升制造业技术水平的关键因素之一，切削加工的要求日趋提高，如高速、高精度、高效、智能和环保等成为现代切削加工主要追求的目标。
而被加工材料的能级不断提高，如高强和超高强度材料、高韧性、难切削等材料层出不穷。
新形势下对切削加工还提出了特殊要求，如加工硬度50hrc以上的硬加工、微润滑和无润滑的干切削不断涌现，使切削加工中的个性化特点日见显现。
面对这些变化，若要求在刀具的设计和制造工艺或刀具材料的整体性能上来适应这些要求，技术上的难度是很大的，尤其对刀具材料而言，不仅在资源利用上极不经济，而且要求材料满足日趋复杂的综合切削性能，通常难以做到。
采用而涂层刀具是解决上述问题的最佳方案之一，涂层刀具对改善的刀具性能起着非常重要的作用。
经涂层的刀具大大提高了加工效率、加工精度、延长了刀具寿命、降低了加工成本，由此可以说，现代制造业的发展推动了刀具业的发展。
1 涂层刀具的性能刀具涂层技术主要有2大类：化学气相沉积（cvd）涂层技术，物理气相沉积（pvd）涂层技术。
涂层刀具是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得。
常用的涂层材料有氮化钛涂层（tin）、氮碳化钛涂层（ticn）、氮铝钛或氮钛铝涂层（tialn/altin）、氮化铬涂层（crn）、金刚石涂层（diamond）等。
cvd涂层工艺温度约1000℃，主要用于硬质合金刀具（的表面涂层；pvd涂层工艺温度为500℃和500℃以下，主要用于高速钢刀具的表面涂层。
PVD涂层技术的发展与
PVD涂层技术在其他领域的应用案例
要点一
总结词
要点二
详细描述
拓宽应用领域、满足多样化需求
除了上述领域，PVD涂层技术还广泛应用于其他领域，如 珠宝首饰、光学仪器、医疗器械等。在珠宝首饰领域， PVD涂层可以用于制造各种彩色宝石和金属饰品的外观效 果；在光学仪器领域，PVD涂层可以提高镜片的抗反射性 能和耐磨损性能；在医疗器械领域，PVD涂层可以用于制 造人工关节、牙科材料等医疗器械，提高其耐磨性和生物 相容性。
航天器涂层
PVD涂层技术可以为航天器提供良 好的耐高温、抗氧化和耐辐射等性 能，保证航天器的长期稳定运行。
电子工业领域的应用
磁头涂层
PVD涂层技术可以为磁头提供耐磨、耐腐蚀和抗氧化等性能，提 高磁头的稳定性和寿命。
太阳能电池涂层
PVD涂层技术可以为太阳能电池提供高反射性和高耐候性等性能， 提高太阳能电池的光电转换效率和长期稳定性。
在制备硬质涂层、耐磨涂层等领域应 用广泛。
溅射镀膜
广泛应用于制备陶瓷、金属复合涂层 等。
PVD涂层技术的选择
根据应用需求选择
不同的PVD涂层技术适用于不同 的应用领域，需要根据具体需求 进行选择。
根据材料性质选择
不同材料的物理和化学性质不同， 需要选择合适的PVD涂层技术以 获得最佳的涂层效果。
根据工艺参数选择
PVD涂层技术的发展 与应用
目 录
• PVD涂层技术的概述 • PVD涂层技术的种类 • PVD涂层技术的应用领域 • PVD涂层技术的发展趋势与挑战 • PVD涂层技术的应用案例
01
PVD涂层技术的概述
PVD涂层技术的定义
01
PVD涂层技术是指通过物理气相 沉积的方法，将金属或非金属材 料涂覆在基体表面，形成一层具 有特殊性能的涂层的技术。
cbn涂层及其在刀具上的应用
cbn涂层及其在刀具上的应用随着现代切削技术的发展，金属切除率不断提高。
1900年，用碳素工具钢刀具车削标准钢棒(500mm×100mm)需用时约100分钟，20世纪50年代采用硬质合金刀具后，加工时间缩短为几分钟。
1969年开始采用涂层硬质合金刀具，最初用涂层刀片切削标准钢棒需用时1.5min，而采用gc1025和gc015涂层刀片使加工时间进一步缩短到1.25min和1min。
通过对加工过程进行分析可知，要提高切削速度、降低切削成本，在所有加工因素中最经济的办法就是应用新型刀具材料。
刀具表面涂层是提高刀具寿命、降低切削成本的有效手段。
刀具涂层不仅可以提高刀具的表面硬度，增强其耐磨性，而且可以减小刀具表面摩擦系数，增加润滑能力，提高切削速度，减少换刀次数，提高被加工零件的精度和表面质量，从而提高生产效率。
目前，在工业发达国家，涂层刀具已占所用全部刀具的80%以上，而我国这一比例尚不及20%，因此推广涂层刀具的应用、开发新的涂层刀具材料具有重大意义。
1. cbn的性能特点cbn（cubic boron nitride,立方氮化硼）是继人工合成金刚石之后出现的另一种超硬无机材料，它除了具有许多与金刚石类似的优异物理、化学特性，如超高硬度(仅次于金刚石)、高耐磨性、低摩擦系数、低热膨胀系数等，同时还具有一些优于金刚石的特性（cbn与金刚石的性能对比见表1）。
与金刚石不适合加工钢铁材料不同，cbn对铁族金属具有极为稳定的化学性能，因此可广泛用于钢铁制品的精密加工、研磨等。
cbn除具有优良的耐磨损性能外，其耐热性也极为优良，在相当高的切削温度下也能切削耐热钢、淬火钢、钛合金等，并能切削高硬度的冷硬轧辊、渗碳淬火材料以及对刀具磨损非常严重的sial合金等难加工材料。
表1 cbn与金刚石的性能对比性能――cbn――金刚石晶体结构――闪锌矿――金刚石晶格常数(a°)――3.615――3.567密度(g·cm-3)――3.48――3.515显微硬度(mpa)――46042～84337――>;88260弹性模量(gpa)――700――1000热膨胀系数(×10的-6次方/℃)――4.7――3.1化学稳定性――与fe系金属不反应，大气中至1000℃不氧化――与fe系金属反应，大气中600℃以上氧化热稳定性――真空中，温度至1550℃才发生从cbn至hbn的相变――真空中，温度超过1300℃，金刚石开始向石墨转变cbn并不是天然存在的，需要靠人工合成，合成cbn的传统方法是高温高压法。
刀具涂层技术的现状和其发展趋势
刀具涂层技术的现状和其发展趋势
1引言众所周知，刀具表面涂层技术是应市场需求而发展起来的一项优质表面改性技术，由于该项技术可使切削刀具获得优良的综合机械性能，不仅可有效地提高刀具使用寿命，而且还能大幅度地提高机械加工效率，因此该项技术已与材料、加工工艺并称为切削刀具制造的三大关键技术。为满足现代机械加工高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各国都十分注重涂层技术的发展。目前我国刀具涂层技术的发展正处在一个十分关键的时刻，尤其是PVD涂层技术，一方面原有的技术已不能满足切削加工日益变化的要求；另一方面国内各大工具厂涂层设备已到了必须更新换代的时期，因此有计划、按步骤的发展PVD技术，不仅能促进我国切削刀具产品技术水平的提高，而且还可获得巨大的经济效益和社会效益。2国际刀具涂层技术的现状及发展趋势刀具涂层技术目前仍可划分为两大类，即CVD(化学气相沉积)和PVD技术(物理气相沉积)。2.1国际CVD技术的发展CVD技术自上世纪六十年代出现以来，在硬质合金可转位刀具上得到了极为广泛的应用。在CVD工艺中，气相沉积所需金属源的制备相对容易，可实现TiN、TiC、T层，其涂层与基体结合强度高，薄膜厚度可达7～9μm，相对而言，CVD涂层具有更好的耐磨性。八十年代中后期，美国85%的硬质合金工
刀具涂层技术的应用
刀具涂层技术的应用自20世纪60年代化学气相沉积（CVD）涂层硬质合金刀片问世发来，涂层技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。
而20世纪80年代初，TiN物理气相沉积（PVD）涂层高速钢刀具的出现，以使高速钢刀具的性能发生了革命性的变革。
由于涂层技术可有效提高切削刀具的使用寿命，使用刀具获得优良的综合机械性能，大幅度地提高机械加工效率，因此涂层技术已经在切削刀具提高性能的工艺中得到极为广泛的应用于。
刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积（CVD）技术和物理气相沉积（PVD）技术两大类，本文拟从这两方面分别介绍国内外刀具涂层技术的应用情况。
1、刀具涂层技术的应用（1）CVD涂层技术的应用CVD是使挥发性化合气体发生分解或化学反应，并在被镀工件上形成沉积成膜的方法。
在CVD工艺中，气相沉积所需金属源的制备相对容易，可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、AL2O3等单层及多元多层复合涂层。
CVD涂层镀层密实，涂层与基体结合强度高，附着力强，均匀性好，形状复杂的工件也可得到合金副的镀层，薄膜厚度可达5—12微米，因此CVD涂层具有更好的耐磨性。
但其工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度的下降，薄膜内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生，因此只适合于硬质合金车削类刀具的表面涂层，其涂层刀具适合于中型、重型切削的高速加工及半精加工。
自1968年第一批CVD涂层硬质合金刀具问世至今，该涂层技术已发展了近35年。
在这35年间，CVD涂层技术从单一成份发展到多种成份、从单一膜层发展到多元多膜层，经过大量的试验，完成了批量大规模的工业化生产。
如今，CVD涂层硬质合金在涂层硬质合金刀具中占到了80%以上的份额，CVD涂层技术已广泛应用于各类硬质合金刀具。
其涂层工艺的主要发展阶段及应用领域见下表：1968——TiN、TiN——方法CVD——硬质合金刀具、模具涂层1973——TiCN、TiC+AL2O3——CVD ——硬质合金刀具、模具涂层1981——TiC+AL2O3+TiN、AL-O-N——CVD——硬质合金涂层1982——TiCN——MT-CVD——硬质合金刀具涂层1986——Diamond、CBN——CVD、PVD——硬质合金刀具涂层1990——TiN、TiCN、TiC——PCVD——模具、螺纹刀具、铣刀等1993——TiN+TiCN（CVD）+TiN（PVD）——CVD+PVD——硬质合金铣削类刀具涂层1993——厚膜纤维状TiCN——MT-CVD——硬质合金车削类刀具涂层（用于粗、半精加工）从上表可以发现，CVD涂层技术主要用于硬质合金类各种切削刀具。
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。
部分刀具涂层技术的应用和发展
制取出的碳薄膜的硬度与金刚石基本相当，而且其
特殊结构可以使之具有多种用途的性能，诸如可渗透
可导电等。这不仅能降低传统金刚石涂层产品的制造成
本 ，还有望扩大金刚石涂层 的应用 范围 ， 如平 面显示 例 器 、分子滤网等。
术的发虔。资料显示，发达国家 ８％的刀具经过涂层处 ０
理 另外，随着涂层装备的改进和涂层工艺的成熟，刀
Ｍ卜 ｃ Ｄ涂层的韧性超过 ＨＩ ｖ ｖ ， Ｌｃ Ｄ涂层，但是除 了
沉积 Ｔ Ｎ涂层之外 ，若想 扩展这 项涂层 技术 ，至今 还 ｉ Ｃ 不能 实现。等 离子 辅 助 Ｃ Ｄ涂 层也 有 类似 的 优越 性 ， Ｖ 但涂层成 分也受到 限制 。人们期望采用低 温沉积方法 能 够生产出新 的涂层成分 。
物中，然后将其加热到 １０ ￣。氯气与硅发生反应时， ００
余下的碳原子就会重新自我组合，形成各种纳米级的碳
材料薄膜 ， 其中有金刚石晶体，也有石墨、碳纳米管和
六方金刚石等 。氢气使得这种转换可 以稳定地进行 。
Ｊ ｏ ａ博士发表特别讲演 ， Ｃｍｄ Ｒ 首次将该项技术介绍到
日 。 ９ ８ ２ ０ 年， 本 从１ ９ ～ ０ ０ 日本组织产业界、 高等院校和
郭
强
重不 同，有 的只是色泽上 的差异 ，没 有深度 ；有 的深 度
很深，经过抛光后，油泥在小坑内残留，肉眼看是黑色 的小凹坑。这种小凹坑将来可能是轴的疲劳源产生处，
对轴 的性能影响很大。
１ 试验及结果 （ ． 见附表）
清洗剂
汽 油 汽 油
轴的清洗次数 斑点的数量（ ） 个
２ 立方氮化硼 （ Ｂ ）涂层 ． ＣＮ
立方氮化硼 （ Ｂ ）是氮化硼的高温高压相，它是第 ＣＮ 二种最硬的材料 （ ６Ｇ ａ， 达 ０ Ｐ） 其结构类似于金刚石，但
刀具涂层技术介绍
04
电子工业领域：提高电子元器件的耐磨性和耐腐蚀性
05
能源领域：提高太阳能电池板的耐磨性和耐腐蚀性
06
建筑领域：提高建筑材料的耐磨性和耐腐蚀性
谢谢
01
陶瓷涂层材料：具有高硬度、高耐磨性和耐高温性
02
复合涂层材料：结合多种材料的优点，提高涂层性能
03
环保型涂层材料：减少环境污染，提高涂层的环保性能
04
涂层技术的优化
01
涂层材料的改进：提高涂层的耐磨性、耐热性、耐腐蚀性等性能
03
涂层结构的优化：设计更合理的涂层结构，提高刀具的使用寿命和加工效率
提高刀具寿命：涂层技术可以降低刀具磨损，提高刀具寿命
提高加工精度：涂层技术可以提高刀具的耐磨性和抗磨损性，从而提高加工精度
降低加工成本：涂层技术可以降低刀具更换频率，从而降低加工成本
提高生产效率：涂层技术可以提高刀具的切削速度和进给速度，从而提高生产效率
降低生产成本
提高刀具寿命：涂层技术可以延长刀具的使用寿命，从而降低生产成本。
刀具涂层技术介绍
演讲人
目录
刀具涂层技术的背景
01
刀具涂层技术的原理
02
刀具涂层技术的应用
03
刀具涂层技术的发展趋势
04
1
刀具涂层技术的背景
刀具磨损问题
刀具磨损是影响加工效率和成本的重要因素
01
刀具磨损会导致加工精度下降，影响产品质量
02
刀具磨损会增加生产成本，降低生产效率
03
刀具磨损问题一直是制造业面临的重要挑战
04
热稳定性测试：测试涂层在高温环境下的稳定性能，以评估其使用寿命
3
刀具涂层技术的应用
TiAIN涂层刀具的发展与应用
TiAIN塗層刀具的發展與應用摘要：TiAIN塗層作為一種新型塗層材料，具有硬度高、氧化溫度高、熱硬性好、附著力強、摩擦係數小、導熱率低等優良特性，有望部分或完全替代TiN，尤其適用於高速切削。
文中對國內外TiAIN塗層刀具的發展與應用狀況進行了綜合評述，並著重分析了TiAIN塗層工藝及其切削性能。
1、引言對刀具進行塗層處理是提高刀具性能的重要途徑之一，隨著塗層刀具的出現，使刀具切削性能有了重大突破。
塗層刀具可以提高加工效率和加工精度。
延長刀具使用壽命，降低加工成本。
自20世紀70年代以來，刀具塗層技術取得了飛速發展，塗層工藝越來越成熟。
西方工業發達國家使用的塗層刀片占可轉位刀片的比例已由1978年的26％增加到1985年的50～60％。
新型數控機床所用切削刀具中有80％左右使用塗層刀具。
瑞典山特維克公司和美國肯納金屬公司的塗層刀片的比例已達80～85％以上。
美國數控機床上使用塗層硬質合金刀片比例為80％，瑞典和德國車削用塗層刀片已占70％以上。
1981年～1985年期間，前蘇聯的刀具產量增加了16％、硬質合金刀具增加了29％．而塗層刀具則增加了5倍。
塗層刀具已成為現刀具的重要標誌，並將是今後數控加工領域中最重要的刀具品種之一TiAIN塗層作為一種新型塗層材料，具有硬度高、氧化溫度高、熱硬性好、附著力強、摩擦係數小、導熱率低等優良特性，尤其適用於高速切削高合金鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金等材料。
在要求高耐磨性的場合下，鑒於TiN塗層在高溫性能方面所表現出的不足，TiAIN有望部分或完全替代TiN，因此，TiAIN塗層刀具具有極其廣闊的應用前景。
自1985年Knotek等首次發表了關於TiAIN塗層的研究成果後，人們便對其優異的抗高溫氧化能力和良好的使用性能表示了極大的關注，已經用多種PVD方法成功製備了TiAlN膜。
由於TiAlN塗層的製備方法不盡相同，已見報道的TiAlN塗層的性能也有差異。
表1是幾種常用塗層的主要性能比較(資料來源於Balzers塗層有限公司。
涂层刀具的优点及涂层技术的发展
涂层刀具的优点及涂层技术的发展000000000涂层刀具的优越性在韧性较好的刀具(刀片)基体上进行表面涂层，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层(如TiN、TiC等)，使刀具(刀片)具有全面、良好的综合性能。
未涂层高速钢的硬度仅为62~68HRC(760~960HV)，硬质合金的硬度仅为89~93.5HRA(1300~1850HV);而涂层后的表面硬度可达2000~3000HV以上。
①由于表面涂层材料具有很高的硬度和耐磨性，且耐高温。
故与未涂层的刀具(刀片)相比，涂层刀具允许采用较高的切削速度，从而提高了切削加工效率;或能在相同的切削速度下，提高刀具寿命。
②由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故涂层刀具(刀片)的切削力小于未涂层刀具(刀片)。
③用涂层刀具(刀片)加工，零件的已加工表面质量较好。
④由于涂层刀具(刀片)的综合性能良好，故涂层硬质合金刀片有较好的通用性，一种涂层硬质合金牌号的刀片具有较宽的使用范围。
技术的发展和进步笔者多次参观了国际机床工具展览会，收集到很多资料，并听取了各大工具公司的技术报告，从而了解到刀具产品表面涂层技术的发展和进步。
CVD涂层技术的进展过去，硬质合金刀具表面涂层采用高温化学气相沉积(HTCVD)工艺。
在常压或负压的沉积系统中，将纯净的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等气体根据沉积物的成分，按一定配比均匀混和，依次涂到具备一定温度(一般为1000~1050℃)的硬质合金刀片表面，即在刀片表面沉积TiC、TiN、TiCN、Al2O3或者它们的复合涂层。
直到现在，HTCVD仍是使用最多的工艺方法，除HTCVD外，还有等离子体化学气相沉积(PCVD)工艺，它是在硬质合金刀具(刀片)表面涂层的另一种方法，因这种涂层工艺温度较低(700~800℃)，故刀片的抗弯强度降低。
因为TiC与基体材料的线膨胀系数最接近，通常用TiC薄层先涂在基体表面上，外面再涂TiN、Al2O3，如TiC/TiN、TiC/Al2O3、TiC/TiCN/TiN 等。
金刚石涂层刀具综述
涂层金刚石刀具综述1引言随着汽车、航空和航天等工业的发展，有色金属及合金、纤维增强塑料、纤维增强金属以及石墨、陶瓷等新型先进材料越来越多的应用到这些工业产品中，这对机械加工提出了高效率，高精度等要求，普通刀具已经不能满足需求，而迫切需要一种耐磨性更高、能稳定实现高精、高效、寿命更长的超硬刀具。
金刚石涂层刀具因其具有十分接近天然金刚石的硬度和耐磨性、高的弹性模量、极高的热导率、良好的自润滑性和化学稳定性等优异性能，成为加工难加工材料的理想刀具。
化学气相沉积（CVD）金刚石问世于20世纪80年代初[1]，1987年美国的Crystallume公司率先在CZ硬质合金刀片上沉积金刚石涂层。
1995年瑞士的Sandvik公司与美国的Balzers AG公司合作建立了一条金刚石涂层生产线。
1997年日本的刀具公司在北京展出了他们的金刚石涂层刀具。
目前，国外已有金刚石涂层的丝锥、钻头、绞刀、立铣刀及可转位刀片等产品出售[2]，很多公司推出了自己的金刚石涂层产品，并且一些产品已进入了商品化阶段，如美国的Norton 公司、SP3公司，欧洲的Balzers公司、Cemen Cone公司、Sandivik公司、美国诺顿公司等。
图1.1为国外生产的金刚石涂层刀具。
(a) 德国 Emuge Franken 公司产品 (b) 瑞士 Balzers 公司产品图 1.1 国外公司生产的 CVD 金刚石涂层刀具CVD金刚石涂层刀具是利用化学气相沉积的方法在韧性好，强度高的硬质合金基体上沉积一定厚度的金刚石薄膜制造而成的。
目前金刚石涂层刀具常用的基体材料为与金刚石的热膨胀系数较为接近的Si3N4系陶瓷和WC系硬质合金。
其中Si3N4系陶瓷具有较高的硬度、耐磨性和热稳定性，与金刚石的热膨胀系数最为接近，因此一直被认为是CVD金刚石涂层较为理想的基体材料。
但是，由于Si3N4陶瓷本身脆性大，抗冲击性能差，一般认为，Si3N4基金刚石涂层刀具仅宜用于精加工，而不宜进行冲击切削加工。
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。
PVD涂层技术在我国刀具制造中的现状及发展
任 国强 （ 四川职业技术学院）
艺和 装 备 的研 发 。 ３３ 涂 层设 备开 发 制 造存 在 的 问题 八 十 年代 后期 ，国 内真 空 设 ． 备 制造 厂及 一 些科 研 单位 对 Ｐ Ｄ刀 具涂 层 市场 过 于 乐观 ，各 自纷 纷 Ｖ 加 大 各类 Ｐ Ｄ涂层 设 备 的开 发力 度 ，但 由于缺 乏对 刀具 及其 涂层 技 Ｖ 术 的 深入 了解 ， 未 加 强 与工 具 厂 的 合作 ， 开 发 的涂层 设 备 大部 分 也 所 无法满足刀具涂层工艺的要求， 尤其是精密高速钢刀具涂层技术尚达 不到 批 量 生产 水平 。 这类 设 备大 多只 能用 于 麻 花钻 的涂层 ， 由于麻 花 １ Ｐ Ｄ涂 层 技 术 简介 Ｖ 钻涂层费用极低 ， 相应涂层设备的利润也很低 ， 因此进入九十年代后， 物 理气 相 沉 积 （ Ｖ 是 一种 表 面 处理 的标 准 化 称谓 。从 高 精 密 Ｐ Ｄ） 大部 分 真空 设 备制造 厂 已把 发 展 方 向转 向其他 行 业（ 装饰 涂层 等） 如 。 加 工 刀 具 、 饰件 、 要 求机 械 零部 件 到 高 精 密 集成 电路 的模 具等 等 装 高 ３４ 整体 配 套 性 差 ， 用 基 础 研 究 缺 乏 整 体 配 套 性 差 、 用 基 ． 应 应 具 有 很 广泛 的用 途 ，它是 一 种 真正 能够 获 得微 米级 镀 层 且 无污 染 的 础 研 究 缺 乏 一直 是 困 扰 国 内 刀具 涂 层技 术 发 展 的瓶 颈 。 目前 刀 具 涂 环 保 型 表 面 处理 方法 ，且 在 不 影 响 工件 原 来 的尺 寸 情 况 ，ＶＤ膜 可 Ｐ 层的趋势是以发展涂层加工中心为主， 因此技术 的整体性极为关键 ， 用 来 改 善 表 面 的 外观 ， 高 表面 的 强 度 ， 强 耐磨 性 ， 且 具 有 很 好 提 增 而 前处理技术、 涂层工艺技术、 后处理技术及质量控制技术都是应予考 的导 热 ， 蚀 及 防 刮 擦 的 能 力。 防腐 虑 的。 国 内涂 层 设备 制 造 商 大 多仅 以提供 涂 层 主 机 为主 ， 种模 式 而 这 Ｐ Ｄ 技 术 出 现 于 二十 世 纪 七 十 年 代 末 ， Ｖ 由于 其 工 艺 处理 温 度 可 阻碍 了工业 化生产的快速推进 ：另一方面也造成设备制造商与市场 控 制 在 ５ ０Ｃ以 下 ， 因此 可 作 为最 终 处理 工 艺 用于 高速 钢 类 刀 具 的 ０ｏ 的严重脱节， 制约了技术的 良性发展 ， 使得创新无从谈起。 涂 层 。 由于 采 用 Ｐ Ｄ工 艺 可 大 幅度 提 高 高速 钢 刀 具 的 切 削 性 能 ， Ｖ 所 ３５ 涂 层 质 量 的 不 稳 定 制 约 了涂 层 技 术 的 推 广 应 用 引 进 设 备 ． 以该技 术 自八 十年 代 以来 得 到 了迅 速 推 广 ， 至八 十年 代 末 ， 业 发达 工 的高 昂价 格 ， 成 涂 层 价格 的居 高 不 下 ， 造 涂层 费 用 甚 至超 过 了刀具 价 国 家高 速 钢 复杂 刀具 的 Ｐ Ｄ涂 层 比例 已超 过 ６ ％ 。 Ｖ Ｏ 格的 ５ ％， Ｏ 此外 由于 引 进 的 渠道 不 一 ， 备 选 择 的 依据 不 同 ， 设 导致 设 ２ Ｐ Ｄ涂 层 技 术在 我 国刀 具 制 造 中 的现 状 Ｖ 备 工 艺 水平 相 差 较 大 ， 而影 响 了涂层 刀具 的 使 用效 果 ； 从 同时 又 由于 我 国 Ｐ Ｄ涂层 技术 的研发 工作 始 于八 十 年 代初 期 ，至 八 十 年代 Ｖ 涂层刀具检验标准 不齐全 ， 因此在应用 中 期研 制成 功 中 小型 空 心 阴极 离 子镀 膜 机 ， 开发 了高 速钢 刀具 ＴＮ 国产涂层 刀具的质量不稳定 ， 并 ｉ 领域造成 了涂层 价格 高， 但涂层质 量不稳定 ， 刀具性能改善不明显 的 涂 层 工 艺技 术。 在此 期 间 ， 由于 对切 削 刀具 涂层 市 场前 景看 好 ， 国内共 严 有七家大型工具厂从国外引进了大型 Ｐ Ｄ涂层设备。技术及设备 的 印 象 ， 重影 响 了该 技 术 的推 广 应 用及 发 展 。 Ｖ ４ 我 国发 展 新 型 Ｐ Ｄ 涂 层技 术 应 对 措 施 Ｖ 弓进调动 了国内 Ｐ Ｄ技术的开发热潮 ，许多科研单位和各大真空设 ｌ Ｖ ４１ 加 强 该 项 目 的规 划 及 管 理 工 作 工 具 行 业 管 理 部 门应 加 强 ． 备厂纷纷展开了大型离子镀膜机 的研制工作 ， 并于九十年代初开发出 该 项 目的规 划及 管理 工 作 ， 明确 我 国短 、 、 中 长期 发 展 目标 ， 立 有计 确 多种 Ｐ Ｄ涂层设备。 Ｖ 但由于多数设备性能指标不高， 无法保证刀具涂 划 不 问 断发 展 的 方针 ， 通 过 “ 产 、 、 、 ” 并 官、 学 研 商 的结 合 ， 项 目在 使 层 质量 ， 同时预 期 的市 场效 益 未 能实 现 ， 因此 大 多数 企 业未 对 Ｐ Ｄ刀 Ｖ 实际上八十年代中期 ， 机械工 具涂层技术作进一步深入研 究，导致近十年国内 Ｐ Ｄ刀具涂层技术 政 策上和资金上都能得到有利地支持。 Ｖ 业 部 机 床 工 具 司 为阻 止 Ｐ Ｄ涂 层 设备 进 口 事 态 的进 ～ 步 扩 大 ， 织 Ｖ 组 的 发 展 徘 徊 不 前 。 尽 管 九 十 年 代 末 国 内 成 功 开 发 出 硬 质 合 金 了全 行 业 的 力量 对 引 进 设 备进 行 攻 关 ，其 中所 开发 的热 阴极 弧 磁 控 ＴＮ ＴＣ — ｉ ｉ— ｉＮ ＴＮ多元复合涂层工艺技术并达到实用水平， ｘ涂层技 ＣＮ 术 的研 发也 有 重大 突破 ， 与 国 际发 展水 平 相 比 ， 国 的刀 具 Ｐ Ｄ 涂 等离子镀膜机 ，已成功的在工具行业推广应用 ，并 因此带动 了国内 但 我 Ｖ 层技术仍落后十年左右。 目前国ｔ ： Ｐ Ｄ涂层技术已发展 到第 四 ＴＮ 涂层 刀具 的普 及 应 用 。 ｌ ， ｎ具 Ｖ ｉ ４２确立研究及开发新思维 刀具涂层技术集材料 、制备方法、 ． 代 ， 国 内尚处 于第 二 代水 平 ， 而 且仍 以单层 ＴＮ涂 层 为主 。 ｉ 真 空技 术 、 削 加 工技 术 于 一体 ， 具 有综 合 性 ， 具 有前 沿 性 ， 实 切 既 又 要 ３ 国 内 Ｐ Ｄ涂 层 技 术 研 究及 应 用 存在 的 问题 Ｖ 必 整体 的研 发 思 路 。从 国 内 几十 年 的 刀 ３１ 不适 应 刀具 涂层 市 场 的 变化 涂 层 刀具 的应 用 与 切 削加 工 技 现 良性 发展 ， 须树 立 合 理 的 、 ． 各研 究环 节 的脱 节是 制 约 其 发展 的症 结。 发 开 术 紧 密相 关 ， 九 十 年代 不 同 ， 与 目前 的应 用 更 多地 集 中于 硬 质 合 金 可 具 涂 层 技术 的发 展 看 ， 转位 刀 片、 高速齿 轮 刀具 、 质 合金棒 式刀具 及 部 分异 型 刀具 。 用 于 的思 路 应遵 循 ：市 场调 研 一 薄 膜 性 能研 究一 制 备 方法研 究一 实 验 室 硬 应 数控机床 ， 其切 削加工速度通常高于 １ ０ ｍｉ， ０ ｍ／ ｎ 而单一的 ＴＮ薄膜 装 置 开 发一 应 用 基础 研 究一 工 业 化生 产 设 备设 计 制 造一 应 用 工 艺技 ｉ 并 已难于满足使用要求。目前国内商业应用 Ｐ Ｄ技术， Ｖ 仍以高速钢刀具 术研 究一 市 场评 定 ， 形成 循 环 。 ４３ 建立统一 的研究、 ． 开发、 服务体系、 行业标准 建立统一的研 涂 层 为 主 ， 管 市场 对 涂 层 刀具 的需 求 不 断 上升 ， 如 重 庆 地 区 的 刀 尽 例 究 、 发 、 务体 系 ， 开 服 根据 国 内外 市 场 的 需求 ， 系统 地 １ 国 际 先进 有 进 具 涂层 加 工 总额 已从 ２ ０ ０ ０年 的 １ ０ 元增 长 到 了今 年 的 １ ０ ０万 ０ ０万 元 技 术 ， 强 对 引进 技 术 的 消化 吸 收 及协 作 研 究 工 作 ， 加 并逐 步 达 到 自我 以上 ， 但应 用 领 域仍 以摩 托 车齿 轮 加 工 等 行 业 为主 ， 削 速 度 大 多低 切 最 于 ５ ｍ／ ｎ而 在 硬质 合 金 刀具 领 域 应 用较 少 ， 大 多数 高 端涂 层 刀 开 发 的水 平 ， 终 实 现参 与 国 际 市场 竞 争 。 ０ ｍｉ： 其 建 立涂 层 设 备 、涂 层 刀具 行 业 检 验标 准 ，严 格控 制 涂 层 刀具 质 具 产 品被 国外 涂层 公 司所 垄 断 ， 尤其 是 国外 刀 具涂 层 加 工服 务 中 心 的 量， 确保涂层技术大面积 的推广应用。 出现 ， 国 内的涂 层加 工 服务 企 业面 临 更加 严峻 的竞争 局 面。 使
刀具涂层技术的研究现状和发展趋势
刀具涂层技术的研究现状和发展趋势一、本文概述刀具涂层技术作为提升刀具性能、延长刀具使用寿命的重要手段，在现代制造业中发挥着至关重要的作用。
随着科学技术的不断进步，刀具涂层技术的研究和应用也在不断深化。
本文旨在全面概述刀具涂层技术的研究现状，分析其发展趋势，为相关领域的科研工作者和从业人员提供参考和借鉴。
本文将首先介绍刀具涂层技术的基本概念、分类及其应用领域，阐述涂层技术在提高刀具硬度、耐磨性、抗腐蚀性等性能方面的优势。
随后，本文将重点分析当前刀具涂层技术的研究现状，包括涂层材料的选择、制备工艺的优化、涂层与基材的结合机制等方面。
还将探讨涂层技术在不同制造领域中的应用案例，以及在实际应用中遇到的问题和挑战。
本文将展望刀具涂层技术的发展趋势，包括新型涂层材料的研发、涂层制备技术的创新、涂层性能的优化等方面。
通过对刀具涂层技术未来发展方向的探讨，旨在为相关领域的科研工作者和从业人员提供有益的启示和思考。
二、刀具涂层技术的基础知识刀具涂层技术是一种通过物理或化学方法在刀具表面形成一层或多层薄膜的技术，旨在提高刀具的性能和寿命。
这些涂层能够显著增强刀具的硬度、耐磨性、抗热性以及化学稳定性，从而提升刀具在切削过程中的切削效率、加工精度和使用寿命。
涂层材料的选择是刀具涂层技术的关键。
目前，常用的涂层材料主要包括金属氧化物（如氧化铝、氧化钛）、金属氮化物（如氮化钛、氮化铬）、金属碳化物（如碳化钛、碳化钨）以及金刚石和类金刚石等。
这些材料具有优异的物理和化学性能，能够在刀具表面形成坚固的保护层。
涂层技术主要分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两大类。
物理气相沉积技术通过物理过程将涂层材料蒸发并沉积在刀具表面，主要包括真空蒸发、溅射、离子镀等方法。
而化学气相沉积技术则通过化学反应在刀具表面生成涂层，包括热化学气相沉积和等离子化学气相沉积等。
涂层结构的设计也是刀具涂层技术中的重要环节。
涂层结构通常由底层、中间层和顶层组成，旨在实现涂层与基体之间的良好结合、提高涂层的耐磨性和抗热性，以及优化涂层表面的性能。
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。
涂层刀具技术发展现状
１ 汽轮机找中心的目的 机组安全运行 ， 严重者可以造成部件损坏。 下部形成－层油膜 ，由于油膜压力作用使转子发 首先， 使汽轮发电机组各转子 的中心线连接 ３找中心 的内容 生位移 ， 中心就发生变化 ， 对圆筒和椭 圆 轴瓦， 形 成一条连续光滑 的曲线 ， 使连接转子的联轴器中 找中心内容包括汽缸 、 轴承座洼窝 ， 电机 横向移动量达 ０ ，． ｍ， 发 ， ０ ｒ 三油楔轴瓦横向变化 １ ３ － ａ 心线成为一根连续的轴。转动时对轴承不致于周 期性交变作用力 ， 避免发生振动。 其次， 使汽轮机静止部件与转动部件运行时 基本保持同心。 其中心偏差值不超过规定数值， 以 保证转动部件与静止部件径 向不发生磨擦。 ２中心不正有以下危害 ２１ ．使转子和轴封磨擦 ， 从而增加轴向间隙 ； ２ 使隔板汽封之间间隙增加 ，增加漏汽损 ＿ ２ 失， 机组效率降低 ， 同时造成轴 向推力增大； 静子找中心 ； 轴封套 、 隔板及隔板套找中心 ； 汽轮 机发电机组找中心。 ４找中心注意事项 首先 ， 处在运行状态时， 注意以下几点： （） １轴承建立油膜后 ， 转子稍微抬起 ， 向一 并 侧移动 ；２金属热膨胀后 ， （） 位置发生变化 ， 发电机 转子要 比汽轮机高—些 ；３考虑低压缸受真空及 （） 凝汽器内循环水、 凝结水重量的影响 ； 其次 ， 止状态 时， 静 要考虑转 子本身重量所 不大。 ６找中心的方法 对轮中心的测量 ， 有两种方法分别是 ： （） １使用塞尺测量 ；２ 使用千分尺的测 量。 （） 黑化集团热电厂有 ２ 台汽轮机 ， １ ＃机为 Ｂ ３／ －５ ０ １ 型 ６０ Ｋ ２ ００ Ｗ。 ＃机为 Ｃ １－ ５１／ １０ ０ Ｗ， Ｃ ２３ ／ ５ ２ ０ Ｋ 就 ０ 是使用千分尺测量。 方法 ： （） 、 ４ １ — 钡量圆周值的千分尺和两个测量端
PVD涂层技术的发展与应用
2.PVD技术的工作原理和主要技术
在刀具涂层中，最常用的物理涂层为溅射沉积和阴极弧蒸发沉积， 后者属于蒸发法。图2-1为溅射沉积和阴极弧蒸发沉积过程的示意图， 两种沉积过程都是由低压放电气体组成的等离子体环境中完成。 图2-1溅射和阴极弧蒸发沉积示意图
2.1 溅射沉积技术原理
溅射沉积是在由低压放电气体组成的等离子体环境中完成，它利用 带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲 被溅射的靶电极。在离子能量足够的情况下，靶表面的原子在入射离 子的轰击下被溅射出来。这些被溅射的原子带有一定的动能，并且会 沿着一定的方向射向基体，从而实现在基体上薄膜的沉积。 图２-２ 溅射沉积示意图
3.2 氮化碳涂层
近年来，氮化碳(C3N4 ) 作为一种新型的超硬材料，已成为 有实用价值的刀具涂层材料对于高速钢刀具，经过C3N4涂层，对 刀具耐磨性的提高极为显著，其 效 果 超 过 了 TiN涂 层; 高 速 钢 麻 花 钻，经 过C3N4涂层，能使其耐用度大为提高，可取代常用 的TiN涂层麻花钻; 硬质合金刀片( 刀具) ，经过C3N4涂层，亦能提 高刀片( 刀具) 的耐用度，但提高幅度不如高速钢刀具那样大。美 国物理学家A.M.Liu和M.L.Cohen 首先用分子工程理论，设计出 超硬无机化合物氮化碳，根据体弹性模量的计算，可能达到金刚 石的硬度氮化碳作为一种超硬薄膜材料，除了具有高硬度外，还 有低摩擦系数高导热性能很好的化学稳定性和抗氧化性能，能切 削加工铁族元素，作为刀具涂层材料具有广阔的应用前景。
称之为“阴极点”，阴极点的电流密度达到 10A/cm2，高的电流密度 引起弧侵蚀并完成蒸发材料的离化。靶材侵蚀过程中，参与放电的导 电介质由高度离化的阴极材料所组成，这是由阴极斑点中强烈的金属 蒸气发射所产生。阴极材料的蒸发是由于阴极表面局部的高温所造成。 非常高的功率密度形成小的熔池。每个阴极斑点产生高速的阴极材料 喷射，离子流相当于总弧电流的7%~10%。如果没有额外装置的控制， 产生的弧将会随机地在阴极表面随即漂移，靶材的浸蚀也将是随机不 可控，这样将会减少靶材的利用率。为了使靶材的侵蚀过程处于可控 状态，通常在阴极背后加一磁控系统来控制弧在靶材表面的运动（类 似于磁控溅射控制电子的运动），用以控制靶材的侵蚀。
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涂层刀具的应用现状及发展趋势涂层技术是提升刀具性能的主要手段之一。
通过涂层可以提高切削刀具抗各种磨损的能力，延长了刀具的寿命，提高了被加工零件的表面精度，也提高了切削速度和进给速度，从而提高金属切削效率。
本期话题，主要讨论刀具涂层技术的最新进展情况和发展前景。
涂层刀具的应用现状及发展趋势涂层技术是提升刀具性能的主要手段之一。
通过涂层提高了切削刀具抗各种磨损的能力，延长了刀具的寿命，提高了被加工零件的表面精度，也提高了切削速度和进给速度，从而提高了金属切削效率。
今天，在切削刀具主流材料的硬质合金中，涂层硬质合金刀具占了80%，而其中CVD（化学涂层）又占了60％～65%，其余为PVD（物理涂层）。
在CVD涂层方面，包括TiCN、TiC、TiN、ZrCN和Al2O3等各种化合物的多层复合涂层对改善涂层的综合性能，如结合强度、韧性、耐磨性和抗磨性及耐腐蚀性具有良好的效果。
现在典型的VCDTiN（外层）+ Al2O3（中层）+TiCN（内层）多层式结构正在从涂层工艺上和涂膜的厚度上得到进一步改善。
MTCVD （中温化学涂层）因有较低的工艺温度和较快的沉积速率使得涂层与基体分界面上的脆性η相最小化，同时减少了在高温CVD涂层中常见的由高温导致的拉伸裂纹，因此，MTCVD TiCN涂层已成为CVD多层涂层中的一个主要构成，这种MTVCD已用于α- Al2O3涂层，如ISCAR的α-IC9150、α-IC9250、α-IC9350和α-IC4100等，提升了涂层与基体的结合强度和抗后面磨损、前面磨损和抗粘附的能力。
在PVD涂层方面，也从单一的TiN或TiCN或TiAlN涂层发展到现在的复合涂层即硬涂层+软涂层。
为适应更高切削速度和干式切削的要求，涂层刀具的红硬性成为近几年PVD技术的开发热点。
TiAlN的改进涂层AlTiN提高了薄膜中Al的含量（Al含量大于50%），提升了涂层的红硬性、化学稳定性和抗氧化的性能，如ISCAR的Al-IC910（加工铸铁和钢）、Al-IC900、Al-IC930（加工钢、不锈钢、硬钢、铸铁、高温合金等）。
现代刀具涂层发展的一个重要特征就是复合化，为了提高其综合性能，涂层材料复合、涂层层复合以及CVD 与PVD复合，如ISCAR的DT7150（K05-K25）通过MTCVD Al2O3和PVD TiAlN复合涂层，提高了材质的综合性能，用于高速加工灰铸铁和球墨铸铁。
而多样化是刀具涂层发展的另一个趋势，有各种氮化物、氧化物涂层材料，还有TiB、SN涂层、金刚石涂层、立方氮化硼涂层等等。
多样化的深层次原因是专业化，即针对不同的需求采用不同的涂层，并能对涂层的组分、百分比、结构及厚度在更大范围内加以控制和改变，以适应不同的被加工材料和不同的切削条件，从而显著地提高刀具的切削性能。
如CrAlN涂层，以Cr 元素替代Ti元素，具有3200HV硬度和1100℃的氧化温度，与TiAlN相比韧性更好，更适合断续切削和难加工材料的加工；以Si元素代替Al元素的涂层可获得用于硬切削的TiSiN，也可获得有润滑性的CrSiN，更适合用于铝、不锈钢等粘附性强的材料加工。
此外，涂层材料的细微化是现代刀具涂层发展的另一个令人关注的趋势，纳米复合涂层正在越来越多的地方得到应用。
在未来，刀具涂层将是一个系统的概念，即刀具涂层必须根据不断变化的现代切削应用条件来进行系统的组合，这是一种与传统观念中的“在刀具上涂覆一层薄膜”截然不同且复杂得多的系统工程方法，这需要我们进行系统思考。
刀具涂层进展概况现代切削面临着不断发展的高速、高效、高精加工要求和愈来愈多的高强度、高韧性、难切削等高能级材料，加之硬加工、干切削等切削要求日新月异，使得切削刀材料难以满足日趋复杂的综合切削性能要求。
若在材料的整体性能上去满足要求，不仅在资源的利用上极不经济，同时在材料技术方面也是高难度，甚至是难以达到的。
考虑到切削过程表面作用是第一性的特点，就可通过材料表面改性技术的方法来赋予切削刀具的综合切削性能。
实践表明，作为刀具材料表面改性技术之一的化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）工艺技术，在现代切削刀具方面的应用取得了十分理想的效果。
尤其是PVD，由于其工艺温度低于CVD，不会影响刀具基材的性能，且工艺方案的变化灵活，其应用日趋广泛，已成为现代刀具制造的核心技术之一，由此可以说，现代刀具的发展成为了刀具涂层发展的动力，并为其创造了非凡的发展空间,并几乎将发达国家所有从事涂层设备制造和涂层服务的企业都吸引到国内来，形成了群雄并起的局面。
这也就是为什么近两年来刀具涂层无论在数量上还是在技术水平上都得到快速发展的原因，并确实推动了我国涂层工艺技术和生产的发展。
当前，单一涂层显然已无法满足现代刀具性能上的要求。
高耐磨性、低摩擦系数的多元复合涂层、高韧性和抗冲击性能的多层涂和梯度涂层、具有氧化膜热障顶层和耐热及抗热冲击的复合涂层、具有耐磨、耐热、低摩擦、高韧性等综合性能的纳米组份（颗粒）的多层涂、用于加工纤维增强复合材料的纯金刚石涂层，以及各类属专有技术（专利）具有特殊功能的个性化涂层（如人体植入件涂层）等纷纷应运而生。
另一方面，刀具涂层亦反作用于现代刀具，使现代刀具的技术水平不断跃上新的台阶，达到了相互促进，共同发展的效果。
在涂层设备方面，高度的集成化、模块化结构和智能化的运作，不仅实现了设备的现代化；同时使工艺精细、调节自如、高稳定性和高可靠性，因而可做到涂层的精益生产和清洁（绿色）生产，这是确保现代切削刀具成为高技术性能产品的有效手段。
可以预期，我国的刀具涂层在不久的将来会步入一个快速发展期，会出现越来越多的由我国自行涂层加工的高性能涂层刀具，在不断地提高我国的切削加工技术水平，发展我国现代制造业方面，发挥越来越大的作用。
最新的刀具涂层发展从1970年最先采用的CVD TiN/TiC/ TiCN 到1980年开始的PVD涂层技术，现代涂层技术现在已经广泛应用到刀具、模具、零部件和装饰产品上。
采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命，使刀具获得优良的综合机械性能，从而大幅度提高机械加工效率。
因此，涂层技术与材料、切削加工工艺一起并称为切削刀具制造领域的三大关键技术。
相对现在广泛应用的TiC、TiCN、CrN、TiAlN、TiAlCN，为满足现代机械加工对高效率、高精度、高可靠性的要求，下一代的涂层技术将向高性能涂层技术发展，其开发的最新一代的高性能涂层专门针对高档刀具，尤其是硬质合金刀具；现代CNC机床的高精度、高速、大切削量加工刀具；干切削；高效率加工、大批量生产等场合。
铣刀和齿轮滚刀上都有很好的表现。
针对钻孔刀而开发的复合涂层（TiN+DLC, TiCN+DLC，AlTiN+DLC）在原有涂层的基础上加DLC涂层（类金刚石涂层），从而得到极为光滑的表面，降低摩擦系数，从根本上解决深孔加工中的排屑问题而导致的孔径尺寸超差现象的发生。
AlTiN能降低加工扭矩50%以上，从而极大地提高刀具的性能，基于TiSi涂层材料，针对硬、难加工材料的高速切削。
高性能涂层在滚刀上的应用有含Si高性能涂层，专门针对加工速度大于120m/min，要求高速、高效的批量生产的滚齿加工。
涂层针对高速干切削；涂层针对中要求涂层。
在一组加工速度为180m/min的干切削滚齿加工实验中，普通的AlTiN能生产的齿轮数为980个/把刀，而能生产的齿轮数为2000个，刀具寿命提高了1倍。
涂层厂商应该在充分了解客户的产品应用、需求、加工参数、设备状况的基础上，根据客户的实际情况提供客户化的涂层参数设计，从而最大程度地发挥涂层的性能，达到刀具的最佳寿命，增强与客户的沟通和协作，在实际的涂层服务过程中是极为重要的。
减少切削污染各种机电产品的过早失效破坏中约有70％是由磨损和腐蚀造成的，而这两种失效方式都与材料的表面状态（物理、化学和应力状态等）密切相关。
因此，提高这类材料使用性能的关键是提高其表面性能。
随着科技的发展，对材料的表面性能的要求越来越高。
近几十年来各种气相沉积技术的兴起，使表面工程技术的研究和应用都取得了突飞猛进的发展。
这些技术不但实现了机械性能的要求，如耐磨、减摩和抗蚀，而且在电磁、光学、光电子学、热学、超导和生物学等与表层有关的功能材料领域大显身手。
表面工程学不仅使低廉的金属材料在性能与效益方面发挥出更大的优势，而且已成为研制各种新型镀层和薄膜材料的重要手段，具有巨大的应用潜力。
随着机械加工工业水平的提高，对刀具提出了新的要求。
除了提高使用寿命外还要求减少切削时的污染，尽可能使用干切削。
在不能完全取消切削液的时候，尽量做到其中只含防锈剂而无有机物，这样可以使循环回收的成本大为降低。
切削工具的多样性和使用时的工作状态特点决定了选择刀具镀层的不同。
车削和钻孔不同，铣刀又应考虑其断续冲击的特点。
早期发展的涂层以耐磨为主要着眼点，以提高硬度为主要指标。
以氮化钛为代表的此类涂层具有较高的摩擦系数(0.4～0.6)，加工时与工件之间不断摩擦将产生大量热能。
为避免刀具过热发生变形影响加工精度和延长其使用寿命，通常使用切削液。
要解决减少或免除切削液带来的问题，刀具镀层不仅应使刀具具有长寿命，且应有自润滑的功能。
类金刚石涂层（DLC）的出现在对某些材料(Al、Ti及其复合材料)的机械加工方面显示出优势，但经过多年的研究表明类金刚石涂层的内应力高、热稳定性差和与黑色金属间的触媒效应使SP3结构向SP2转变等三种缺点，决定了它目前只能应用于加工有色金属，因而限制了它在机加工方面的进一步应用。
但是近年来的研究表明，以SP2结构为主的类金刚石涂层(也称为类石墨涂层)硬度也可达到20～40GPa，却不存在与黑色金属起触媒效应的问题，其摩擦系数很低又有很好的抗湿性，切削时可以用冷却剂也可用于干切削，其寿命比非镀层刀有成倍的提高，加工钢铁材料不存在问题，因而引起了涂层公司、刀具厂家极大的兴趣。
假以时日，这种新型的类金刚石涂层会在切削领域得到广泛的应用。