我国刀具涂层技术现状及展望-中国数控机床技术领域情报服务平台.PDFVIP

我国刀具涂层技术现状及展望 赵海波 当前，全球经济正处于一个根本性的变革时期，制造业已发生了革命性的转变，以数控 机床为基础的现代制造技术正朝着高速、干式切削加工的方向迈进。在该领域中，切削刀具 制造技术的发展至关重要。由于刀具涂层技术可大幅度的提高切削刀具的综合性能，尤其是 近年来超硬薄膜设计概念的提出，在理论上可有效的改善刀具的高温性能，使涂层刀具应用 于高速，干式切削加工成为可能。在数控机床日益普及，现代先进制造技术概念逐渐形成及 国家大力推进节能、环保的制造模式的影响下，自2002年起。国内刀具涂层技术掀起了第 二次发展高潮，发展的重点为各类PVD技术。大专院校以设计、表征超硬薄膜为主要研究 方向，而社会兴办刀具涂层加工服务中心则成为国内刀具涂层业发展的主流。尽管国内刀具 涂层技术依然落后，但应用市场的普及性及需求力量已远远超出预计结果。因此，高技术、 稳定的刀具涂层技术是国内工具行业及其渴望的，如果国内能研发出相应的原创技术，则短 期内可在国内形成广泛的刀具涂层加工服务体系，并会带来巨大的社会经济效益。 1、我国刀具涂层技术的现状 (1)CVD技术的发展 国内CVD(化学气相沉积)技术的研究起源于20世纪70年代初，由于该项技术专用 性强，国内从事其研究、生产的企业并不太多。80年代中期，国内CVD刀具涂层技术实现 了工业化生产，其工艺技术与国际水平相当，可制各TiC、TiN、TiCN、AL203及相应的复 合薄膜等，主要应用于可转位硬质台金刀片等。在随后的10多年里与国际上的发展类似， 较为缓慢：至90年代末期，国内开始MT-CVD(中温化学气相沉积)的研究工作，并在2001 年完成了工艺、装备的研究、设计及制造工作，实现了TiCN+ALz03+TiN工艺。与高温CVD 相比，在重载车自Ⅱ加工中取得了明显的效果，应该引起重视的是， DVC．具刀与用应的术技 材料紧密相关。在此综合技术方面的研究国内还处于劣势．因此，与国际先进水平相比，技 术上仍存在较大的差距，其应用市场也不甚广泛。 (2)PCVD技术的发展 国内PCVD(等离子体辅助气相沉积)技术的研究始于20世纪90年代初，其开发的主 要目的是企图降低工艺温度，使CVD技术的应用更具广泛性。由于研制成本低，因此更容 易为研究院所采纳。从工艺技术特性而言，PCVD技术更适合摸具涂层加工的应用。但与 PVD技术相比，目前存在的背底真空度低、工艺过程的稳定性擦差等问题，而与CVD技术 相比，则存在薄膜成分变化少、与基体材料结合强度低的现象。因此，该技术在工业化生产 领域内的应用较少。但本世纪初一些研究人员利用PCVD技术从事复合超硬薄膜及纳米多 层超硬薄膜的研究J仃。并在理论上获得了极具价值的实验数据。从目前涂层技术整体发展 来看．PCVD技术尚未发挥其应有的作用。 (3)PVD技术的发展 国内PVD涂层技术的研发工作始于20世纪80年代初，80年代中期研制成功中小型空 心阴极离子镀膜机及高速钢刀TiN涂层工艺技术。由于对刀具涂层市场前景看好，国内丈型 工具厂开始引进PVD刀具涂层技术与装备。技术及装备的引进调动了国内刀具PVD涂层技 术的第一次开发高潮，国内各大真空设备厂及科研单位纷纷展开了离子镀膜机的研制工作， 并于90年代初开发出多种PVD设备。但由于大多数的设备性能指标低，涂层工艺差，预期 的市场效益未能实现，从而导致了近十年内刀具PVD涂层技术处于徘徊不前的局面。尽管 90年代末国内成功开发出了硬质合金、前惭cN．一啊N多元复合涂层工艺技术，并达到了 实用水平，而CNX涂层技术也有了重大突破，但其应用价值较为有限．在随后的发展过程 中也并未得到市场的认可。随着我国汽车工业的迅速崛起和先进制造技术的大量引进以及数 控加工技术的广泛普及．自本世纪初PVD技术在国内掀起了第二次开发热潮，于20世纪 90年代不同，Igl前国内PVD技术的发展更具多元性及创新性，归纳起来有以下几种类型： ①阴极电弧技术；国内已由小圜型阴极电弧技术发展至大面积阴极电弧和柱型靶阴极 电弧技术，并且涌现除了磁过滤技术。 ②磁控溅射技术：近年来，磁控溅射技术一直是国内涂层业的重点发展方向，先后出 现了非平衡磁控溅射技术、磁控溅射加辅助离子源技术以及磁控溅射附加阴极电弧技术。 ③空心阴极技术：空心阴极在国内是一项传统技术。其应用在市场仍旧存在。为了充 分发挥此技术的特点。国内的研究学