刀具涂层材料的分类及研究进展.doc

刀具涂层材料的分类及研究进展 摘要：采用涂层技术可有效提高切削刀具的使用寿命,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。我国的刀具涂层材料经过多年发展，目前正处于关键时期，充分了解国内外刀具涂层材料的现状及发展趋势，有计划、按步骤地发展刀具涂层材料，对提高我国切削刀具制造水平具有重要意义。 关键词：涂层 刀具 硬度 膜 Progress in the coating materials for tools and their classification Abstract：Coating technology can be used to improve the service life of cutting tools effectively and enable the cutting tools to obtain excellent and comprehensive mechanical properties that will improve machining efficiency significantly . After years of development current coating materials for cutting tools is at a crucial period in China, full understanding on present status and development trend of tool coating materials both at home and abroad , and a planned step-by-step development of the coating materials for cutting tools will be of far reaching importance for improvement of our level in cutting tool manufacturing. Key Words: Coating ，Cutting Tool ，Hardness ， Film 数控技术的发展离不开高寿命的切削工具——刀具。 自刀具涂层技术从问世以来，刀具的性能得到了很大的改善，对加工技术的进步起着非常重要的作用。涂层刀具已经成为现代刀具的标志，西方国家新型数控机床所用切削刀具中有80%左右使用涂层刀具，而且随着21 世纪科技的发展，涂层刀具的比例将进一步增加。目前在制造业所用硬质合金刀具上采用较多的涂层有TiN、TiC、TiCN、TiAlN 以及新出现的AlCrN、TiSiN 涂层等等，刀具寿命明显提高。另外涂层在钻头、铰刀、齿轮滚刀、丝锥上也都获得很好的应用效果。随着科技的发展，刀具涂层技术将不断提高，刀具涂层材料也日新月异。 1 刀具涂层材料的种类 刀具涂层材料有多种分类方法，根据涂层材料的性质，刀具涂层材料可分为两大类，即: “硬”刀具涂层材料和“软”刀具涂层材料。“硬”涂层刀具追求高的硬度和耐磨性。目前应用最多的刀具硬涂层材料有金刚石、类金刚石、氮化碳、立方氮化硼以及TiC、TiN、TiCN、Al2O3、TiAlN 等及其组合。“软”刀具涂层材料追求低摩擦系数，与工件材料的摩擦系数很低，可减小粘结，减轻摩擦，降低切削力和切削温度。“软”涂层刀具材料主要有MoS2、WS2、CaS2、TaS2等及其组合，又称为“自润滑刀具”涂层材料。另外涂层方式有: 单涂层、多涂层、梯度涂层、软/硬复合涂层、纳米涂层、超硬薄膜涂层等多种涂层方式，如图1 所示： 2 常用“硬”刀具涂层材料的发展与应用 随着现代工业产品中各种新型的、难加工材料的涌现以及工件加工精度的不断提高，传统的切削刀具材料在很多领域已不能满足需要，于是超硬刀具材料的开发和应用越来越得到专业技术人员的重视。常用的超硬刀具涂层材料主要有金刚石薄膜、氮化碳涂层、TiN、TiC 基涂层等，尤其是TiN、TiC 基涂层应用最为广泛。 2．1 金刚石薄膜 金刚石薄膜具有优异的力、热、光、电等性能以及高弹性模量和低摩擦系数，具有广泛的应用前景，特别是在金刚石涂层刀具领域，被认为是金刚石薄膜能够最先实现产业化的领域之一，受到各国科学界和有关公司的关注，各国都投入了大量人力物力进行研究。自上世纪80 年代开展金刚石薄膜研究热膜，现在，国外已有商业化的金刚石涂层刀具出售，我国虽有许多科研单位都报道在实验室成功制备出高附着力的金刚石薄膜刀具，但离产品的完全市场化还有一段距离。关键问题是要进一步提高附着力的前提下，解决批量生产时产品质量的稳定性和可重复性问题。 另外，金刚石薄