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鄒小姐：13326633089 -
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隨著工業(yè)生產(chǎn)技術的發(fā)展，現(xiàn)代機械制造業(yè)對機械加工提出了更高的要求，理想的加工切削刀具應具有高切削速度、長壽命、高精度等優(yōu)良性能。傳統(tǒng)工業(yè)用刀具通常采用高速鋼或硬質合金等材料，其切削性能及壽命需要進一步提升，刀具表面涂層技術由此應運而生，通過化學或物理方法在刀具表面形成具有高硬度、低摩擦因數(shù)、高接合力的涂層，即“硬質涂層”，從而提高切削刀具切削性能，延長使用壽命，提高機械加工效率。
一、表面硬質涂層的優(yōu)勢
刀具表面涂層技術具有以下特點：
（1）可以在不降低刀具強度的前提下大幅提高刀具表面硬度，目前所能達到的顯微硬度已經(jīng)接近100GPa；
（2）潤滑薄膜具有良好的固相潤滑性能，可以有效改善加工質量，同時適用于干式切削加工；
（3）涂層具有突出的高溫抗氧化性及化學穩(wěn)定性，使切削加工速度不斷提高；
（4）作為刀具制造的最終工序，對刀具精度幾乎沒有影響，并可以進行重復涂層。
目前，在工業(yè)發(fā)達國家，涂層刀具市場占有率已達80%以上，數(shù)控機床中所使用的切削刀具90%以上都是涂層刀具。
二、硬質涂層制備方法
目前常用的涂層方法主要有化學氣相沉積法和物理氣相沉積法，兩種方法有各自的技術特點，主要優(yōu)缺點如下表：
三、超硬涂層材料的類型
一般將顯微硬度超過40GPa的硬質涂層稱為超硬涂層，常用超硬材料有金剛石、類金剛石、立方氮化硼等，另外一些納米復合涂層也可達到很高的硬度，受到廣泛的關注和研究。
常用涂層材料硬度范圍
1.金剛石
金剛石是自然界中硬度最高的物質，具有高耐磨性、低摩擦因數(shù)、高化學惰性等特性。在硬質合金刀具領域中，金剛石涂層有較為成熟的應用，如聚晶金剛石刀具、金剛石厚膜焊接刀具、金剛石涂層刀具等。
金剛石涂層常采用各種化學氣相沉積法沉積，如熱絲化學氣相沉積法、等離子體化學氣相沉積法，在車用鋁合金、特種材料加工、刀具工業(yè)化等方面有廣泛應用。需要注意的是，硬質合金中鈷相的存在，以及金剛石涂層與基體熱膨脹系數(shù)的差別，導致金剛石涂層與基體的接合力較差，金剛石涂層容易脫落，這是金剛石涂層刀具的致命缺陷。
金剛石涂層的制備技術
2.類金剛石
類金剛石是一種性質介于金剛石和石墨之間的亞穩(wěn)態(tài)非晶碳，具有硬度高、摩擦因數(shù)低、膜層致密性好、化學性質穩(wěn)定等優(yōu)良性能。類金剛石涂層作為一種理想的涂層材料，被廣泛應用于硬質合金刀具。
目前，類金剛石涂層主要面臨兩方面問題：一是類金剛石涂層的涂層基體接合力
差，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高應力和高硬度會導致變形；二是類金剛石涂層的熱穩(wěn)定性差，當溫度超過400℃時，類金剛石的晶體結構會向石墨結構轉變，造成涂層結構不穩(wěn)定。針對以上兩種缺陷，目前的解決辦法是通過摻雜改變性能。例如采用金屬、硅等作為過渡層，可提高類金剛石涂層與基體間的接合力，對涂層性質進行一些改善。
類金剛石等碳系材料的差異
3.立方氮化硼
立方氮化硼是在高溫高壓下人工合成的立方結構氮化物，顯微硬度可以達到50GPa~80GPa，僅次于金剛石，具有良好的導熱性，熱膨脹系數(shù)小，密度較低。立方氮化硼與鐵族元素幾乎不發(fā)生反應，化學性質穩(wěn)定，廣泛應用于高速鋼等難加工材料的加工。立方氮化硼涂層厚度和涂層基體接合力是當前立方氮化硼涂層的主要研究方向。
刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關系
總結
刀具的涂層材料目前仍有很大的研究空間，通過合理設計涂層結構，改善涂層性能，可以促進涂層向多元化、多層化發(fā)展。通過研究發(fā)現(xiàn)，單純提高涂層硬度并不能高效提升涂層綜合使用性能，超硬涂層材料普遍存在高硬度所帶來的涂層基體接合力差、涂層易脫落、涂層壽命縮短等問題。在涂層中添加潤滑元素來降低涂層摩擦因數(shù)，改善涂層磨損性能，是今后刀具表面硬質涂層研究的方向之一。
參考來源：
1.涂層技術與硬質涂層材料的研究現(xiàn)狀，劉士嘉、鞠洪博、許俊華、喻利花（上海電氣技術）；
2.涂層刀具的涂層材料、涂層方法及發(fā)展方向，王寶友、崔麗華（機械）；
3.硬質合金刀具的類金剛石涂層的研究進展，趙佳群（科技創(chuàng)新導報）。
粉體圈 小吉
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