刀片材质CVD涂层合金
CVD金刚石刀具的研究与应用
CVD金刚石刀具的研究与应用CVD金刚石（Chemical Vapor Deposition Diamond）是一种利用化学气相沉积技术合成的人工金刚石材料。
与天然金刚石相比，CVD金刚石具有独特的优势和广泛的应用领域。
本文将重点介绍CVD金刚石刀具的研究与应用。
CVD金刚石刀具具有极高的硬度、耐磨性和化学惰性。
这些特性使其在各种切削、磨削和打磨应用中具有优势。
其强大的切削能力可以在高速切削工况下实现高效率的加工。
与传统硬质合金和陶瓷刀具相比，CVD金刚石刀具的寿命更长，切削性能更稳定。
首先，CVD金刚石刀具在加工硬脆材料方面具有独特的应用优势。
硬脆材料如陶瓷、玻璃和石英等在传统切削方法下容易引起破碎和损伤。
而CVD金刚石刀具的高硬度和尖端设计可以降低加工过程中的切削力，减小材料的损伤风险。
此外，CVD金刚石刀具还可以实现微米级甚至纳米级的精确加工，适用于高精度的制造领域。
其次，CVD金刚石刀具在高温、高速加工领域具有广泛应用。
由于CVD金刚石的热导率高，热膨胀系数小，能够在高温工况下保持较好的切削性能。
因此，CVD金刚石刀具常用于高速铣削、高温磨削和高温腰切等加工领域。
其优秀的热稳定性使其可以在高温合金、陶瓷复合材料和石墨等高温材料的加工中发挥优势。
此外，CVD金刚石刀具还具有较高的化学惰性。
在加工工艺中，有些材料容易粘附在刀具表面，降低切削质量和效率。
而CVD金刚石刀具具有良好的抗粘附性，能够有效降低切削力，延长工具寿命。
CVD金刚石刀具的研究主要包括材料制备技术、切削工艺优化和刀具设计等方面。
材料制备技术包括CVD方法和热压合成等。
CVD方法是目前主流的CVD金刚石刀具制备技术，能够在大面积基底上均匀生长金刚石薄膜。
切削工艺优化包括切削参数的优化和切削液的选择等，通过合理的工艺参数和润滑措施，可以更好地发挥CVD金刚石刀具的性能。
刀具设计方面，可以通过改变刀具几何形状和刀具涂层结构等，进一步提高刀具的性能。
CVD金刚石膜刀具制造技术及其应用
CVD金刚石膜刀具制造技术及其应用化学气相沉积(CVD)金刚石作为一种新型超硬刀具材料，为金刚石刀具的应用开辟了新的途径。
CVD金刚石刀具主要有两种类型：CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD金刚石厚膜焊接刀具。
目前来说，CVD金刚石厚膜刀具的应用比较广泛。
一、CVD金刚石薄膜涂层刀具CVD金刚石薄膜涂层刀具是指通过CVD方法在一定温度下使金刚石沉积于某些基体(通常为K类硬质合金)刀片上的刀具，其金刚石膜厚度约为10～30μm。
CVD金刚石薄膜涂层刀具因金刚石厚度较薄，难于刃磨，前、后刀面及刃口质量较差，只适用于粗加工、半精加工和复杂形状刀具。
粗加工的切削较大，当金刚石与基体间的附着力不足以抗拒切削力的破坏时，金刚石膜就会脱落。
这种刀具加工出的工件表面粗糙度一般大于Ra0.2μm。
尽管目前国内CVD薄膜涂层刀具的应用尚处于萌芽状态，但随着CVD金刚石生长技术的提高，CVD金刚石基团颗粒的大小已经由40～50μm缩小到十几甚至几个纳米，从而出现了纳米金刚石。
如美国阿贡国家实验室(Argonne Nat. Lab)的Dr. Gruen D.M已经生长出质量良好、表面为镜面(表面最高峰与最低峰间距为15nm)、任意厚度的纳米金刚石膜，而且其涂层的附着力足够。
相信其对涂层刀具的应用有所促进。
二、CVD金刚石厚膜焊接刀具CVD金刚石厚膜焊接刀具是先把切割好的CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。
制造工艺流程：高品质的CVD金刚石膜的制备→激光切割→一次焊接成复合片→复合片抛光→二次焊接至刀体上→刃磨→检验。
下面介绍几个关键工序，如切割，焊接，抛光和刃磨等。
1.激光切割CVD金刚石膜硬度高、不导电(现已有导电型CVD金刚石，但其电阻率很大)、耐磨性极强，常规的机械加工和线切割等方法不适合于CVD 金刚石厚膜的切割。
CVD金刚石涂层硬质合金刀具研究进展
CVD金刚石涂层硬质合金刀具研究进展发布时间：2021-05-31T13:48:15.743Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：王冲[导读] 摘要：CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用金刚石作为刀具制作的重要原料，是提高刀具使用效率和使用质量的重要方法，通过对CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究发现，当前限制这种刀具推广的问题为应用金刚石涂层粘合性较差，金刚石成分与刀具表层贴合度较低的情况。
河冶住商工模具有限公司河北石家庄 050000摘要：CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用金刚石作为刀具制作的重要原料，是提高刀具使用效率和使用质量的重要方法，通过对CVD 金刚石涂层硬质合金刀具的研究发现，当前限制这种刀具推广的问题为应用金刚石涂层粘合性较差，金刚石成分与刀具表层贴合度较低的情况。
本文对CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用中存在的问题及相应的解决方式进行总结，希望通过对刀具的合理使用来提高CVD金刚石涂层硬质合金刀具的使用范围和使用能力。
关键词：刀具应用；技术应用创新；刀具粗糙程度随着近年来工业应用发展对金属合金材料的刀具的质量要求越来越高，使用硬质合金材料进行刀具建设工作能够有效提高刀具使用效率。
金刚石材料具有硬度高、传导热量的速度快、产生的摩擦性较低，且耐热性能好的特点，能够更好的适应现代工业刀具使用的各项要求。
CVD金刚石是一种化学气相沉积所形成的材料，使用CVD金刚石进行刀具表层的建设能够更好的增强刀具的硬度，改变刀具建设的复杂程序，通过将CVD与各种复杂形状的刀具进行组合，有效的简化刀具制作步骤，降低建设成本。
一、CVD金刚石涂层硬质合金刀具的应用分析CVD金刚石涂层硬质合金刀具利用化学气相沉积的原理，将刀具表层与CVD金刚石进行融合，通过将CVD气相沉积于刀具表面的方式增强刀具的硬度和切割精确度，提高合金刀具原有的使用性能。
CVD金刚石的合金与刀具之间粘合能力较差，不利于硬质合金刀具的顺利制作。
涂层刀具的种类
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。
“软”涂层刀具追求的目标是低摩擦系数，也称为自润滑刀具，它与工件材料的摩擦系数很低，只有0.1左右，可减小粘接，减轻摩擦，降低切削力和切削温度。
＊近开发了纳米涂层 (Nanoeoating)刀具。
这种刀具破损可采用多种涂层材料的不同组合 (如金属／金属、金属／陶瓷、陶瓷／陶瓷等)，以满足不同的功能和性能要求。
设计合理的纳米涂层可使刀具材料具有优异的减摩抗磨功能和自润滑性能，适合于高速干切削。
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CVD金刚石涂层硬质合金刀片的基体预处理方法进展
第18卷第1期V ol.18 N o.1硬 质 合 金CEM EN T ED CA RB ID E2001年1期J an. 2001综合评述CVD金刚石涂层硬质合金刀片的基体预处理方法进展Ξ匡同春ΞΞ 成晓玲 白晓军 刘正义 (广东工业大学,广州,510090) (华南理工大学,广州,510641)代明江 周克崧(广州有色金属研究院,广州,510651)摘 要 全面概述了CVD金刚石涂层硬质合金刀具的开发现状、存在的主要问题,重点对硬质合金刀具表面预处理方法的研究现状进行了综述。
关键词 金刚石膜 硬质合金刀片 预处理1 引 言CVD金刚石膜是一种超硬的多功能材料,具有高硬度、高导热率、低摩擦系数、低热膨胀系数、高化学稳定性等优点,是一种理想的刀具材料。
用作刀具涂层开发出的CVD金刚石涂层硬质合金刀片,特别适合于加工有色金属及合金、非金属材料、复合材料等难加工材料。
CVD金刚石膜用作刀具涂层被认为是能最早实现其工业化应用的领域之一,CVD金刚石涂层刀具通常采用韧性好、强度高的硬质合金刀片作基体,涂层厚度一般在20Λm以下。
早在1988年10月在东京召开的第一届国际新金刚石科技大会上,日本旭(A sah i)金刚石工业公司就展示了一系列引人注目的金刚石涂层硬质合金工具,采用电子激活CVD法(EA CVD法),在工具上涂覆了5～50Λm厚的金刚石膜,用这种材料制作的铰刀和钻头,其寿命可提高10倍。
1990年9月在华盛顿召开的第二届新金刚石科技研讨会(I CND ST -2)上,维也纳理工大学的B enno L ux教授阐述了他们在烧结硬质合金刀具上沉积CVD金刚石所取得的进展,发现这种刀具用于切割印刷线路板,其磨损几乎与D e B eers公司SYND IT E多晶人造金刚石复合材料一样的慢。
在1993年美国西部金属及工具博览会(W estec’93)上,最引人注目的新产品是金刚石涂层刀片,这些刀具由美国目前生产此类刀具的两家公司C rystallum e和N o rton D iam ond F il m展出,引起其它工具制造厂家的关注,这些刀具最适合加工高硅铝合金。
PVD、CVD涂层硬质合金刀片铣削2Cr13不锈钢磨损实验研究
PVD、CVD涂层硬质合金刀片铣削2Cr13不锈钢磨损实验
研究
杨剑;吴张欣;严亮;李炳蔚;高培文;雷学林;何云
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2024(58)3
【摘要】2Cr13不锈钢是一种典型的难加工材料。
在其铣削加工过程中,存在铣削力大、铣削温度高、加工硬化趋势强、切屑黏附性强、刀具磨损严重等问题。
选用AlCrN(PVD)和TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN(CVD)两款不同涂层的RCKT 1606圆形铣刀片,对2Cr13不锈钢进行铣削实验,并分析这两款涂层加工不锈钢的磨损性能及失效机理。
结果表明:TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN涂层刀片铣削加工10m以后,两个刀片的后刀面磨损量均超过了0.3mm,且切削刃发生崩刃失效;AlCrN涂层刀片铣削
10m后,两个刀片的后刀面磨损量均超过0.12mm;在2Cr13不锈钢的铣削加工中,使用AlCrN(PVD)涂层可以有效提高刀具的切削寿命。
【总页数】5页(P64-68)
【作者】杨剑;吴张欣;严亮;李炳蔚;高培文;雷学林;何云
【作者单位】中国船舶集团有限公司第七一一研究所;华东理工大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG714;TH117
【相关文献】
1.CVD金刚石涂层刀具在石材铣削中的磨损特性研究
2.TiAlN涂层硬质合金可转位刀具快速铣削钛合金刀片磨损研究
3.PVD涂层硬质合金刀具加工2Cr13性能对比试验研究
4.PVD-AlTiN涂层刀具高速干铣削高温合金的磨损机理研究
5.硬质合金涂层刀片铣削AISI410不锈钢刀具寿命研究
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CVD金刚石刀具材料的制备、性质与应用
Ａｒ ｉｓｅｓ ｂ ｓｅＮｗ ａｖ
■ 叠 曩 ■ 团 嗣
传 统 的ＣＶＤ法 是 以 大 量 氢 气 为 主 要 反 应 气
体 ，同 时加 入 少 量 的碳 源 气 体 （ 于５ ，沉积 出 少 ％）
３３要解 决大面 积沉 积 过程 中厚 膜 内应力 大 、圆 片 ． 易开 裂 、热 丝 易 断裂 、生 长 不均 匀 、生 长速 率低 等 技术 难题 ，长 期 以来 一直 困扰 着制造 商 。 ３４Ｃ Ｄ金 刚石 厚膜 与硬质 合 金基体 之 间 的焊 接 强 ． Ｖ
Ｎｏｔｎ 司宣 称 ，其 牌 号 为Ｄｉｍａ ａ 的Ｃ ｒ 公 ｏ ａ Ｐ ｋ ＶＤ
３６干 切 削是 未来 切 削的主 要方 向。随 着切 削速 度 ． 的提 高 （２０ ０ｍ／ ｎ ９ ０ ｍｉ ），Ｃ ＶＤ厚膜 切 削刀具 会 成 为干 式高速 切 削某些新 材料 的首 选工 具 。 ］
１０ ２ ０ ｔ ％～ ０ ％ 源自 ０美 国ＮｏｔｎＦｌ 司推 出的牌 号 为Ｄｉｍａ ａ ｒ ｉ ｏ ｍ公 ａ Ｐｋ 的Ｃ Ｄ金 刚石 复 合片 ，也 是０３ Ｖ － ｍｍ或 ０５ｍｍ厚度 ． 的Ｃ ＶＤ金 刚石 层 焊 接 到硬 质 合 金 基底 上 ，刀 片 总 厚度 为 １ ．ｍｍ，可 根据 用户 需要 提供 各种 形状 。 ６
小 晶粒 尺 寸 。在 纳 米 金 刚石 生 长 中 ，Ｃ 是 重 要 的 ２ 参与 者与 决定 性 的成分 。 Ｊ
度 ，是 决 定Ｃ ＶＤ刀具 用 于 断续 切 削 这种 高 要 求机
械 加工 的关键 。
Ｃ ＶＤ金 刚 石 用 于 切 削有 两 种 形 式 ： 聚 晶质 Ｃ ＶＤ金 刚 石 薄膜 和 单 晶质 Ｃ 金 刚石 厚膜 ，可切 ＶＤ 割成 不 同形状 。单 晶 质Ｃ ＶＤ金 刚 石 切割 工 具 主要 用于 加 工 强 度 高而 质 量 轻 的结 构材 料 ，如 金 属基 体 复合 材 料（ ＭＭＣ ） ，存 在 的 问题是 不能制 成 形 Ｓ等
硬质合金刀具的CVD(化学气相沉积)技术真空涂层技术
硬质合金刀具的CVD(化学气相沉积)技术真空涂层技术1. 摘要2. 真空涂层技术的发展真空涂层技术起步时间不长，国际上在上世纪六十年代才出现将CVD(化学气相沉积)技术应用于硬质合金刀具上。
由于该技术需在高温下进行(工艺温度高于1000ºC)，涂层种类单一，局限性很大，因此，其发展初期未免差强人意。
到了上世纪七十年代末，开始出现 PVD(物理气相沉积) 技术，为真空涂层开创了一个充满灿烂前景的新天地，之后在短短的二、三十年间PVD 涂层技术得到迅猛发展，究其原因，是因为其在真空密封的腔体内成膜，几乎无任何环境污染问题，有利于环保；因为其能得到光亮、华贵的表面，在颜色上，成熟的有七彩色、银色、透明色、金黄色、黑色、以及由金黄色到黑色之间的任何一种颜色，可谓五彩缤纷，能够满足装饰性的各种需要；又由于 PVD 技术，可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工装、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果；此外， PVD 涂层技术具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，因此，应用范围十分广阔，其发展神速也就不足为奇。
真空涂层技术发展到了今天还出现了PCVD(物理化学气相沉积)、MT-CVD(中温化学气相沉积)等新技术，各种涂层设备、各种涂层工艺层出不穷，如今在这一领域中，已呈现出百花齐放，百家争鸣的喜人景象。
与此同时，我们还应该清醒地看到，真空涂层技术的发展又是严重不平衡的。
由于刀具、模具的工作环境极其恶劣，对薄膜附着力的要求，远高于装饰涂层。
因而，尽管装饰涂层的厂家已遍布各地，但能够生产工模涂层的厂家并不多。
再加上刀具、模具涂层售后服务的欠缺，到目前为止，国内大多数涂层设备厂家都不能提供完整的刀具涂层工艺技术(包括前处理工艺、涂层工艺、涂后处理工艺、检测技术、涂层刀具和模具的应用技术等)，而且，它还要求工艺技术人员，除了精通涂层的专业知识以外，还应具有扎实的金属材料与热处理知识、工模涂层前表面预处理知识、刀具、模具涂层的合理选择以及上机使用的技术要求等，如果任一环节出现问题，都会给使用者产生使用效果不理想这样的结论。
PVD和CVD涂层方法
PVD和CVD涂层方法涂层方法目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。
前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5µm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10µm，并且设备简单，涂层均匀。
因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。
硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相)，导致刀片脆性破裂。
近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。
国外还用PVD/CVD相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。
即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下(目前涂覆温度已可降至180℃~200℃)，使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。
据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。
用CVD法涂层时，切削刃需预先进行钝化处理(钝圆半径一般为0.02~0.08mm，切削刃强度随钝圆半径增大而提高)，故刃口没有未涂层刀片锋利。
所以，对精加工产生薄切屑、要求切削刃锋利的刀具应采用PVD法。
涂层除可涂覆在普通切削刀片上外，还可涂覆到整体刀具上，目前已发展到涂覆在焊的硬质合金刀具上。
据报道，国外某公司在焊接式的硬质合金钻头上采用了PCVD法，结果使加工钢料时的钻头寿命比高速钢钻头长10倍，效率提高5倍。
涂层成份又有哪些呢？各自的区别在哪里，应用面怎样。
通常使用的涂层有：TiC、TiN、Ti（C.N）、Gr7O3、Al2O3等。
以上几种CVD的硬质涂层基本具备低的滑动摩擦系数，高的抗磨能力，高的抗接触疲劳能力，高的表面强度，保证表面具有足够的尺寸稳定性与基体之间有高的粘附强度。
PVD与CVD涂层工艺比较PVD与CVD涂层工艺比较沉积温度涂层厚度涂层表面状态主要涂层材料涂层结合强度对环境影响主要应用领域物理气相沉积500℃或更低，沉积温度低刀具变型不，基体的硬度强度不降低。
CVD金刚石涂层刀具在3D玻璃、陶瓷及高端材料应用领域大放光彩
4 结 论客户声称为 犀牛角 的角状原料,通过常规宝石学测试,并结合红外光谱测试结果,主要得出以下结论:(1)该样品黑色毛发断断续续分布在黄褐色的基底上,杂乱又具有一定的定向性,有些黑色毛发呈弯曲状,横切面黑色毛发物出露,稀疏不匀,毛发截面呈圆形,与犀牛角的特殊纹理不同,由此可以判断样品并非犀牛角㊂(2)通过测试样品折射率和相对密度,对比天然角质材料,可以判断样品非天然角质材料㊂(3)红外光谱测试分析结果表明,样品黄色部位与环氧树脂红外图谱具有很高的相似度㊂黑色毛发部位主要成分为角质蛋白质,与犀牛角成分类似㊂由此可以判断该样品为犀牛角的仿制品,主要由环氧树脂和毛发经人造而成㊂(4)样品中的黑色毛发主要成分为角质蛋白质,但具体是何种动物的毛发有待进一步的研究确定㊂参考文献:[1] 周晶梅,金煜,胡红.犀牛角及其制品的快速鉴定方法[J ].东北林业大学学报,2010,38(5):140-141.[2] 周晶梅.犀牛角及其制品鉴定识别方法的研究[D ].东北林业大学,2010,6.[3] 李圣清,祖恩东,孙一丹,等.犀牛角及其替代品的红外光谱分析[J ].光谱实验室,2011,28(6):3186-3188.[4] 黄群.关于野生动物角制品鉴定与相关法律的研究[J ].辽宁警专学报,2010(6):7-8.[5] 周佩玲,王永录.角料的宝石学特征及优化处理[J ].桂林工学院学报,1996,16(4):378.[6] 李圣清.犀牛角及其仿制品的研究[D ].昆明理工大学,2011,췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍10.C V D 金刚石涂层刀具在3D 玻璃㊁陶瓷及高端材料应用领域大放光彩金刚石涂层厚度的选择问题,并不是 越厚越好 ,耐磨性能的提高,金刚石涂层的品质作用要大于厚度的作用㊂随着3D 玻璃市场全面爆发,石墨材料在3D 玻璃热弯模具应用上的优良性能已经得到了业界的一致认可,而由于石墨材料的高磨蚀性㊁强韧性,因此对石墨模具的加工环境要求非常严格,为保证石墨模具拥有良好的精度,光洁度,稳定性,除了需要安静的环境,机身本身吸尘能力外,石墨加工刀具也成为加工环节的重中之重,选用适合于高速加工的刀具,需要从提高耐用度㊁可靠性和安全性的角度,对刀具基体与涂层材料和刀具与工件材料匹配等方面进行综合考虑㊂经过对各种刀具材料不断实验和验证,C V D 金刚石涂层刀具的使用寿命是硬质合金的8~10倍,C VD 金刚石涂层刀具的允许切削速度比硬质合金刀具高2~3倍,切削刃锋利且一致性好,摩擦系数低,可在高转速和低进给下实现薄壁石墨模具的高速高精密加工,同时C V D 金刚石涂层刀具的高使用寿命,因此在众多刀具材料中受到各石墨加工厂商的青睐!按晶粒尺寸大小,C V D 金刚石涂层可分为微米金刚石涂层和纳米金刚石涂层㊂微米金刚石涂层的晶粒尺寸通常在500n m 到几微米之间,由柱状生长的金刚石晶粒竞争性生长形成,具有硬度高㊁表面耐磨性好等优异特性,可以显著降低刀具磨损速率,提高刀具寿命㊂然而,微米金刚石涂层的表面较为粗糙(R a 值通常为几百纳米),涂层韧性及抗裂纹扩展能力较差,表面裂纹容易沿晶界区域扩展而引起涂层脱落,使得刀具表面在没有达到磨钝标准之前,涂层已经脱落㊂纳米金刚石涂层是由呈团簇状分布的纳米级金刚石晶粒构成,晶粒尺寸通常在100n m 以下,表面光滑性好(R a 值小于100纳米),在切削过程中可显著降减摩擦,从而降低切削力和切削热,提高刀具寿命㊂纳米金刚石涂层虽具有良好的抗裂纹扩展能力,然而,与微米金刚石相比,它与基体结合强度相对较低,加工过程中容易出现涂层脱落等非正常失效㊂金刚石涂层刀具选择应用的主要依据是工件材料的属性及加工质量要求㊂对于E D M 石墨模具加工来说,铣削加工过程的实质类似于 磨削 过程,此时需要刀具表面的 微刃口 数量多而且耐磨,应选择晶粒较大的微米金刚石涂层㊂对于应用于陶瓷加工的模具来说,要求表面光洁度高,应在精加工阶段选用纳米金刚石涂层㊂在铝合金的加工中, 黏刀 现象的严重性高于刀具磨损,此时对刀具耐磨性的要求相对较低,应选择摩擦系数低的纳米金刚石涂层㊂对于碳纤维复合材料,由于纤维材料本身具有强烈的磨蚀性能,既要求刀具具有很好的耐磨性能,又要降低加工过程的切削力和切削热,应采用微/纳米复合金刚石涂层㊂特别说明一下,金刚石涂层厚度的选择问题,并不是 越厚越好 ,耐磨性能的提高,金刚石涂层的品质作用要大于厚度的作用㊂ (机经网)26超硬材料工程 2018年4月。
cvd刀具
CVD刀具简介CVD刀具（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）是一种常用于生产超硬薄膜刀具的工艺。
它采用化学反应将气体中的原子沉积在基材表面上，形成坚硬的涂层，从而提升刀具的硬度、耐磨性和切削性能。
CVD刀具由于其优异的性能和广泛的应用，成为了现代制造业中不可或缺的一部分。
本文将详细介绍CVD刀具的工作原理、制造工艺以及应用领域。
工作原理CVD刀具的工作原理基于化学气相沉积技术，主要包括以下几个步骤：1.原料气体提供：在CVD刀具制作过程中，需要使用一种或多种原料气体，如金属有机气体、氨气、甲烷等。
这些气体经过预处理后，通过供气系统注入到反应室中。
2.反应室中的化学反应：原料气体在反应室内会发生化学反应，产生气相反应物。
通常需要控制反应室内的温度和气氛，使反应能够顺利进行。
3.沉积：在经过化学反应后，气相反应物会沉积在基材表面上，形成薄膜。
沉积的速度和均匀性可以通过调整反应室中的温度、压力和流量等参数来控制。
4.高温处理：在完成沉积后，CVD刀具通常需要经过一段时间的高温处理，以提高薄膜的结晶度、硬度和附着力。
5.刀具制备：经过高温处理后的基材会被加工成刀具形状，如刀片或刀头等，然后进行表面抛光和刃磨等加工工艺，最终形成成品CVD刀具。
制造工艺CVD刀具的制造工艺主要包括以下几个步骤：1.基材选择：CVD刀具的基材通常选择硬质合金、陶瓷基体或超硬材料，这些材料具有良好的耐磨性和切削性能，适合用于制作刀具。
2.预处理：基材需要进行预处理，包括表面清洁和化学处理等步骤，以提供良好的沉积基底。
3.CVD沉积：预处理后的基材放置在反应室中，供气系统将原料气体注入反应室，通过控制温度、压力和流量等参数，使原料气体发生化学反应并沉积在基材表面上。
4.高温处理：沉积后的基材需要进行高温处理，以提高薄膜的质量和性能。
高温处理温度通常为基材的烧结温度附近，持续一段时间。
5.制备刀具：经过高温处理的基材可根据需要进行刀具形状的加工，如刀片或刀头的切削边缘加工、表面抛光和刃磨等步骤。
刀具涂层的种类及作用介绍【汇总】
刀具涂层的种类及作用介绍内容来源网络，由深圳机械展收集整理！更多数控刀具技术展示，就在深圳机械展-刀具展区！刀具涂层的种类1氮化钛涂层(TiN)TiN是一种通用型PVD涂层，是工艺最成熟和应用最广泛的硬质涂层材料,可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度，适用于高速钢切削刀具或成形工具，改善其加工性能。
2氮化铬涂层(CrN)CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。
涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。
3金刚石涂层(Diamond)CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供最佳性能，是加工石墨、金属基复合材料(MMC)、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想涂层。
适用于硬铣、攻丝和钻削加工的涂层各不相同，分别有其特定的使用场合。
此外，还可以采用多层涂层，此类涂层在表层与刀具基体之间还嵌入了其它涂层，可以进一步提高刀具的使用寿命。
4氮碳化钛涂层(TiCN)TiCN涂层中添加的碳元素可提高刀具硬度并获得更好的表面润滑性，是高速钢刀具的理想涂层。
可增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩展，减少崩刃。
所以，目前生产的一些刀片，如瑞典Sandvik公司推荐用于加工钢料的GC4000系列刀片、中国株洲硬质合金厂生产的CN系列刀片、日本东芝公司的T715X 和T725X涂层刀片中均有TiCN涂层成份。
TiCN基涂层适于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料，用它加工工件时的材料切除率可提高2~3倍。
株硬--FMA11系列面铣刀5氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。
主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。
根据涂层中所含铝和钛的比例不同，AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度，因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。
例如，美国Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN涂层，是专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。
刀具材料应具备的性能及常用材料
刀具材料应具备的性能及常用材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。
使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。
一刀具材料应具备的性能性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。
刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。
高硬度和高耐磨性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。
刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。
足够的强度与冲击韧性强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。
一般用抗弯强度来表示。
冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。
硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。
高耐热性耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。
它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。
良好的工艺性和经济性为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。
当然在制造和选用时应综合考虑经济性。
当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。
因此在选用时一定要综合考虑。
二常用刀具材料常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。
高速钢高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。
CVD和PVD
超硬材料是指硬度(H V)超过4000的物质,只有极少数材料如金刚石能达到这一要求。
金刚石具有独特的晶格结构,是由S P3杂化键结合的碳原子形成紧密的正四面体形式。
这样的结构使得金刚石具有极高的杨氏模量和晶格密度,硬度(H V)可达到10000。
与金刚石相类似,c-B N、β-C3N4等也是由S P3键结合正四面体结构的物质(类金刚石碳中也含有大量的S P3杂化碳),其性质和金刚石也十分相似,属超硬材料。
将超硬材料利用物理或化学的方法沉积在基体表面可以形成超硬涂层。
主要有化学相沉积(C V D)和物理相沉积(P V D)两种方式,因此称为C V D和P V D超硬涂层。
超硬涂层与材料本身相比同样具有极高的硬度、很低的摩擦系数、极强的耐磨和抗蚀性能、良好的热导和高温化学惰性等,而且涂层的实用性较超硬材料本身更强。
正是这些优越性能促使C V D和P V D超硬涂层的研究在近些年里蓬勃兴起,并不断地取得新进展。
逐渐从金刚石涂层研究扩展到探索其它一些超硬材料(涂层),如c-B N、DLC、β-C3N4等。
下面介绍几种超硬涂层在近些年来的研究进展。
PVD和CVD涂层方法涂层方法目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。
前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5µm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10µm，并且设备简单，涂层均匀。
因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD 法。
硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相)，导致刀片脆性破裂。
近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。
国外还用PVD/CVD相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。
即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下(目前涂覆温度已可降至180℃~200℃)，使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。
硬质合金刀具涂层及种类
硬质合金刀具涂层及种类自从20世纪60年代以来，经过近半个世纪的的发展，刀具表面涂层技术已经成为提升刀具性能的主要方法。
刀具表面涂层，主要通过提高刀具表面硬度，热稳定性，降低摩擦系数等方法来提升切削速度，提高进给速度，从而提高切削效率，并大幅提升刀具寿命。
图一 PVD涂层刀具一、涂层工艺刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积（CVD）和（PVD）两大类。
1．CVD技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。
CVD可实现单成份单层及多成份多层复合涂层的沉积，涂层与基体结合强度较高，薄膜厚度较厚，可达7～9μm，具有很好的耐磨性。
但CVD工艺温度高，易造成刀具材料抗弯强度下降；涂层内部呈拉应力状态，易导致刀具使用时产生微裂纹；同时，CVD工艺排放的废气、废液会造成较大环境污染。
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．PVD技术主要应用于整体硬质合金刀具和高速钢刀具的表面处理。
与CVD工艺相比，PVD工艺温度低（最低可低至80℃），在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度基本无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响。
PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金钻头、铣刀、铰刀、丝锥、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。
图二 PVD涂层原理物理气相沉积（PVD）在工艺上主要有（1）真空阴极弧物理蒸发（2）真空磁控离子溅射两种方式。
（1）阴极弧物理蒸发（ARC）真空阴极弧物理蒸发过程包括将高电流，低电压的电弧激发于靶材之上，并产生持续的金属离子。
被离化的金属离子以60～100eV平均能量蒸发出来形成高度激发的离子束，在含有惰性气体或反应气体的真空环境下沉积在被镀工件表面。
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比例
14.8
基底材质 硬度 (GPa)
抗崩损 韧性 (MPa∙m1/2)
横向强度 (MPa)
16.4 10.0 3,000
特性
・铸铁的高速加工，连续－轻断续加工。 ・5
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.7
15.2
12.0
2,750
・球墨铸铁的高速加工，连续－轻断续加工。 ・微细柱状组织带来耐崩损，耐磨损性提高，耐崩损性重视，长寿命加工。
刀片材质
CVD 涂层硬质合金
刀
片 材
● CVD 涂层硬质合金
化学物沉积
质
京瓷公司的尚乐特 CVD 涂层硬质合金材质使用了陶瓷的薄膜涂层技术，
提供稳定和有效的加工，从高速加工到重断续加工都适用。
反应炉
C
加热器 产品（刀片）
V
● 特点
N2
D 涂 层
• 从 低速到高速，从精加工到粗加工都可使用。 • 通过高韧性和抗崩损性实现稳定加工。
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.1
金色 柱状构造 TiCN+Al2O3+TiN 14.7
13.7 13.1 15.0
12.0 16.5 12.0
2,780 2,970 2,780
・钢加工中，粗加工－断续加工的通用涂层。 ・微细柱状组织带来耐崩损，耐磨损性提高，耐崩损性重视，高可靠性加工。
CR系列
CA5515 CA5525
CA5025 CR7015
CR7025 CR9025
CA5535
CA6015 CR7015 CR9025
CA4115 CA4120
CR7015
CA6015 CR7015
18
■ 切削数据
FCD450
外圆与端面粗加工 (间断加工)
• 减速器箱 • V = 400m/min • d = ~ 2.0mm • f = 0.4mm/rev • 湿式 • CNMG120412ZS
CA4120
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.7
15.2
CA5505
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.7
17.0
12.0 10.0
2,750 2,540
・球墨铸铁加工，粗加工，断续加工。 ・微细柱状组织带来耐崩损，耐磨损性提高，耐崩损性重视，高可靠性加工。
・钢的高速连续加工。 ・微细柱状组织带来的耐磨损性提高，长寿命加工。
SS41
• 六角材质
• V = 150 ~ 180m/min
60
• d = 1.5mm
• f = 0.2 ~ 0.3mm/rev
• 湿式
• CNMG120408GS
30
ø20 ø70 ø100
CA5515
300 个/刃
其他公司的涂层 F
200 ~ 250 个/刃
• CA5515所加工工件为其他公司的F的1.5倍。 • 比起其他公司的F，CA5515具有稳定的工具寿命而不出现崩损。
CA5525
60 个/刃
其他公司的涂层 G
20 ~ 30 个/刃
• 六角原料切削
• CA5525所加工工件为其他公司的G的2-3倍。
• CA5525的切削切刃状况较其他公司的G更佳，甚至能在切削60个/刃 后进一步加工。
19
刀 片 材 质
FCD700 倒角加工
C
•轴
V
• V = 330m/min
D 涂
• d = ~ 1.5mm
25
30
层
• f = 0.3mm/rev
硬
• 湿式
质 合
• DNMG150408ZS
金
ø160 ø40
CA4120
90 个/刃
CA4120
150 个/刃
其他公司的 J
40 个/刃
• CA4120 将工具寿命提高为其他公司的J的两倍(K20 材质CVD)。 • CA4120的切刃状况较其他公司的J更佳，加工数量提高。
轻断续加工
断续加工
● 铸铁加工
FC
被
切 削
FCD 350
~
材 500
料 FCD
550
~
700
加工形态
FC加工用
CA4010
NEW!
FCD加工用
CA4115
NEW!
FCD加工用
CA4120
连续加工
轻断续加工
断续加工
■ 应用
被加工材料
一般钢 (碳素钢／合金钢)
不锈钢 (不锈钢／钢铸物)
铸铁 (灰口铸铁／球墨铸铁)
难于加工材料 (钛合金／镍合金)
切削范围
精加工
粗加工 精加工
粗加工 精加工
粗加工 精加工
粗加工
JIS（日本工业规格）分类 P01 P10 P20 P30 P40 M01 M10 M20 M30 M40 K01 K10 K20 K30 S01 S10 S20 S30
CA5505
CA4010
涂 CA系列 层 硬 质 合 金
其他公司的 K
100 个/刃
• CA4120表现出其他公司的K 1.5倍的工具寿命 (K20 材质CVD)。 • CA4120显示其切刃状况较其他公司的K更佳，加工数量提高。
其他公司的 J
CA4120
其他公司的 K
CA4120
S45C
• 轮缘 • V = 220m/min • d = 0.8 ~ 1.5mm • f = 0.15 ~ 0.35mm/rev • 湿式 • DNMG150412HQ
CA5515
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.7
15.2
12.0
2,750
・覆盖了钢加工的粗加工－精加工的广泛范围。 ・微细柱状组织带来耐崩损，耐磨损性提高，耐崩损性重视，长寿命加工。
CA5525 CA5535 CA6015
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.5
・钢的重切削－强断续加工。 ・通过微细柱状组织与高破坏韧性母材，提高耐崩损性。
・不锈钢的高速加工。 ・兼顾高温强度与韧性的专用母材。
■ 适用材料种类图
● 钢加工
P05
使
用 分
P15
类
的 P25 标
准
P35
CA5505 NEW!
NEW!
CA5515
NEW!
CA5525
NEW!
CA5535
加工形态
连续加工
CH4 真空泵
硬
• 通过各种冲压断屑槽控制切屑更好，并且使减少加工时间成为可能。
H2 TiCl4
Trap
质
合
金
● 特性
①表面均匀分布 ②多层沉积施涂简单 ③极佳的抗崩损性
加工温度 : 900 ~ 1100°C
■ CVD 涂层硬质合金的特性
符号
CA4010
颜色 金色
涂层构成
柱状构造 TiCN+Al2O3+TiN