刀具涂層材料介紹 刀具涂層材料哪種好(hao)

1.金剛石、類金剛石（DLC）涂層

金(jin)(jin)剛石涂(tu)(tu)(tu)層是新(xin)型刀(dao)具涂(tu)(tu)(tu)層材(cai)(cai)料之一(yi)。它(ta)利用低壓化學(xue)氣相沉積技術在硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)基體上生(sheng)長出(chu)一(yi)層由多晶組成的(de)金(jin)(jin)剛石膜(mo)，用其加工硅鋁合(he)金(jin)(jin)和銅合(he)金(jin)(jin)等有色金(jin)(jin)屬、玻璃纖維等工程材(cai)(cai)料及硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)等材(cai)(cai)料，刀(dao)具壽命(ming)是普通硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)刀(dao)具的(de)50～100倍。金(jin)(jin)剛石涂(tu)(tu)(tu)層采用了許多金(jin)(jin)剛石合(he)成技術，最普通的(de)是熱絲法(fa)、微波(bo)等離子法(fa)和DC等離子噴(pen)射法(fa)。通過改進涂(tu)(tu)(tu)層方(fang)法(fa)和涂(tu)(tu)(tu)層的(de)粘結，已生(sheng)產出(chu)金(jin)(jin)剛石涂(tu)(tu)(tu)層刀(dao)具，并在工業上得到了應用。

近年(nian)來，美(mei)國、日本和(he)瑞典等國家都已相繼推(tui)出了金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)絲(si)錐(zhui)、鉸(jiao)刀(dao)(dao)、銑(xian)刀(dao)(dao)以及(ji)用(yong)于加(jia)工(gong)(gong)印刷線(xian)路板上的(de)(de)小孔(kong)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)鉆頭及(ji)各(ge)種可(ke)(ke)轉(zhuan)位刀(dao)(dao)片，如瑞典Sandvik公(gong)司(si)的(de)(de)CD1810和(he)美(mei)國Kennametal公(gong)司(si)的(de)(de)KCD25等牌(pai)號產(chan)(chan)品。美(mei)國Turchan公(gong)司(si)開(kai)發的(de)(de)一種激光等離(li)子(zi)體沉(chen)積金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)新工(gong)(gong)藝，用(yong)此法(fa)(fa)沉(chen)積金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)，由(you)于等離(li)子(zi)場包圍整個刀(dao)(dao)具(ju)，刀(dao)(dao)具(ju)上的(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)均勻(yun)，其沉(chen)積速(su)度比(bi)常規(gui)CVD法(fa)(fa)快1000倍。此法(fa)(fa)所成的(de)(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)與(yu)基體之間產(chan)(chan)生(sheng)真正的(de)(de)冶(ye)金(jin)(jin)(jin)(jin)結合(he)，涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)強度高(gao)，可(ke)(ke)防止涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)脫落、龜(gui)裂和(he)裂紋等缺(que)陷。CemeCon公(gong)司(si)具(ju)有特色的(de)(de)CVD金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)技術(shu)，2000年(nian)建立生(sheng)產(chan)(chan)線(xian)，使(shi)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)技術(shu)達(da)到工(gong)(gong)業化生(sheng)產(chan)(chan)水平，其技術(shu)含量高(gao)，可(ke)(ke)以批(pi)量生(sheng)產(chan)(chan)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)。

類金(jin)剛(gang)(gang)石涂(tu)層(ceng)(ceng)在對某些材(cai)料(Al、Ti及(ji)其(qi)復合(he)材(cai)料)的(de)(de)(de)(de)機械加(jia)工(gong)方(fang)面具(ju)有(you)明顯優(you)勢。通過(guo)低(di)(di)壓(ya)氣相沉(chen)積的(de)(de)(de)(de)類金(jin)剛(gang)(gang)石涂(tu)層(ceng)(ceng)，其(qi)微(wei)觀結(jie)構與(yu)天然金(jin)剛(gang)(gang)石相比仍有(you)較(jiao)大差異(yi)。九十年代，常采用(yong)激活氫存在下(xia)的(de)(de)(de)(de)低(di)(di)壓(ya)氣相沉(chen)積DLC，涂(tu)層(ceng)(ceng)中含(han)有(you)大量氫。含(han)氫過(guo)多將降(jiang)低(di)(di)涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)結(jie)合(he)力和硬(ying)度，增(zeng)大內(nei)應力。DLC中的(de)(de)(de)(de)氫在較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度下(xia)會(hui)慢(man)慢(man)釋放出來(lai)，引起涂(tu)層(ceng)(ceng)工(gong)作不穩(wen)定。不含(han)氫的(de)(de)(de)(de)DLC硬(ying)度比含(han)氫的(de)(de)(de)(de)DLC高(gao)(gao)，具(ju)有(you)組織(zhi)均(jun)勻、可大面積沉(chen)積、成本低(di)(di)、表(biao)面平整等優(you)點，已成為(wei)近年來(lai)DLC涂(tu)層(ceng)(ceng)研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)熱點。美(mei)國科學家A.A.Voevodin提(ti)出沉(chen)積超硬(ying)DLC涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構設計為(wei)Ti-TiC-DLC梯度轉(zhuan)變涂(tu)層(ceng)(ceng)，使硬(ying)度由較(jiao)軟(ruan)的(de)(de)(de)(de)鋼基體逐漸(jian)提(ti)高(gao)(gao)到表(biao)層(ceng)(ceng)超硬(ying)的(de)(de)(de)(de)DLC涂(tu)層(ceng)(ceng)。這(zhe)類復合(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)既保持(chi)了(le)(le)(le)高(gao)(gao)硬(ying)度和低(di)(di)摩擦系數，又降(jiang)低(di)(di)了(le)(le)(le)脆性，提(ti)高(gao)(gao)了(le)(le)(le)承載力、結(jie)合(he)力及(ji)磨損抗力。日本住友公司(si)推出了(le)(le)(le)在硬(ying)質合(he)金(jin)刀片上涂(tu)覆金(jin)剛(gang)(gang)石DLC的(de)(de)(de)(de)DL1000涂(tu)層(ceng)(ceng)，用(yong)于切(qie)削鋁合(he)金(jin)和非鐵金(jin)屬，抗粘結(jie)，能有(you)效(xiao)降(jiang)低(di)(di)已加(jia)工(gong)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)粗糙度。

經過多年的(de)(de)(de)(de)研究表明：由(you)于(yu)類金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)涂層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)內應(ying)(ying)(ying)力高、熱穩定性(xing)差(cha)及與黑色金(jin)(jin)屬(shu)間的(de)(de)(de)(de)觸(chu)(chu)媒效應(ying)(ying)(ying)使(shi)SP3結構(gou)向SP2轉(zhuan)變等缺點，決定了它目前只能應(ying)(ying)(ying)用(yong)于(yu)加工(gong)有(you)色金(jin)(jin)屬(shu)，因(yin)而限制(zhi)了它在(zai)機加工(gong)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)進一步應(ying)(ying)(ying)用(yong)。但是近年來的(de)(de)(de)(de)研究表明，以(yi)SP2結構(gou)為主(zhu)的(de)(de)(de)(de)類金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)涂層(ceng)(ceng)(也(ye)稱(cheng)為類石(shi)(shi)墨(mo)涂層(ceng)(ceng))硬度也(ye)可達到20～40GPa，卻(que)不存在(zai)與黑色金(jin)(jin)屬(shu)起(qi)觸(chu)(chu)媒效應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)問題，其摩擦系數很低又有(you)很好的(de)(de)(de)(de)抗濕性(xing)，切削(xue)時(shi)可以(yi)用(yong)冷(leng)卻(que)劑也(ye)可用(yong)于(yu)干切削(xue)，其壽命比無涂層(ceng)(ceng)刀有(you)成倍的(de)(de)(de)(de)提高，可以(yi)加工(gong)鋼鐵(tie)材(cai)料，因(yin)而引起(qi)了涂層(ceng)(ceng)公(gong)司(si)、刀具廠家的(de)(de)(de)(de)極(ji)大興趣。假(jia)以(yi)時(shi)日，這(zhe)種新型的(de)(de)(de)(de)類金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)涂層(ceng)(ceng)將會在(zai)切削(xue)領(ling)域得到廣泛的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)用(yong)。

2.立方氮化硼(CBN)涂層

CBN是繼(ji)人工(gong)合(he)成(cheng)金(jin)(jin)(jin)剛石之后出現的(de)(de)(de)(de)另一種超硬材(cai)料(liao)，它(ta)除了(le)具(ju)有許多與(yu)金(jin)(jin)(jin)剛石類似的(de)(de)(de)(de)優異物理、化(hua)(hua)學特性(xing)（如超高(gao)(gao)硬度(du)，僅次于金(jin)(jin)(jin)剛石，高(gao)(gao)耐磨性(xing)，低摩擦系數，低熱(re)膨脹(zhang)系數等(deng)）外(wai)，同時還具(ju)有一些優于金(jin)(jin)(jin)剛石的(de)(de)(de)(de)特性(xing)。CBN對(dui)于鐵(tie)(tie)、鋼和氧化(hua)(hua)環(huan)境(jing)具(ju)有化(hua)(hua)學惰性(xing)，在氧化(hua)(hua)時形成(cheng)一薄層氧化(hua)(hua)硼，此氧化(hua)(hua)物為(wei)涂層提供了(le)化(hua)(hua)學穩定性(xing)，因此它(ta)在加工(gong)硬的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)材(cai)、灰鑄鐵(tie)(tie)時耐熱(re)性(xing)也(ye)極為(wei)優良，在相(xiang)當高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)切削(xue)溫(wen)度(du)下(xia)也(ye)能(neng)切削(xue)耐熱(re)鋼、淬(cui)火鋼、鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)等(deng),并能(neng)切削(xue)高(gao)(gao)硬度(du)的(de)(de)(de)(de)冷硬軋輥、滲碳淬(cui)火材(cai)料(liao)以及對(dui)刀具(ju)磨損(sun)非(fei)常嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)硅鋁合(he)金(jin)(jin)(jin)等(deng)難加工(gong)材(cai)料(liao)。

自1987年(nian)Inagawa等(deng)成功地制(zhi)備了出純(chun)的(de)(de)(de)CBN涂(tu)層以來，在國際(ji)上掀起了CBN硬質(zhi)涂(tu)層的(de)(de)(de)研究熱潮(chao)。低壓氣相合(he)(he)(he)成CBN涂(tu)層的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)主要(yao)有CVD和PVD法(fa)(fa)。CVD包括化(hua)學(xue)輸(shu)運PCVD，熱絲(si)輔助加熱PCVD，ECR－CVD等(deng)；PVD則(ze)有反應離(li)子束鍍(du)、活性反應蒸(zheng)鍍(du)、激光蒸(zheng)鍍(du)離(li)子束輔助沉積法(fa)(fa)等(deng)。研究結果(guo)表明(ming)：在合(he)(he)(he)成CBN相、對(dui)硬質(zhi)合(he)(he)(he)金(jin)基體的(de)(de)(de)良好(hao)粘結和合(he)(he)(he)適的(de)(de)(de)硬度(du)等(deng)方(fang)面已(yi)取(qu)得了進展，目前(qian)沉積在硬質(zhi)合(he)(he)(he)金(jin)上的(de)(de)(de)立方(fang)氮化(hua)硼(peng)最(zui)大僅(jin)為0.2～0.5μm，若想達到(dao)商(shang)品(pin)化(hua)，則(ze)必(bi)須采用可靠的(de)(de)(de)技術來沉積高純(chun)的(de)(de)(de)經濟的(de)(de)(de)CBN涂(tu)層，其厚度(du)應在3～5μm，并在實際(ji)金(jin)屬切削加工(gong)中證實其效果(guo)。

3.CNx涂層

二十世代八十年代，美國科(ke)學(xue)(xue)家Liu和(he)Cohen設(she)計了類似β-Si3N4新(xin)型化(hua)合(he)物β-C3N4，采用固(gu)體物理和(he)量(liang)子(zi)化(hua)學(xue)(xue)理論，計算出(chu)它的(de)(de)硬度(du)可(ke)能達(da)到(dao)金(jin)剛石，這(zhe)引起(qi)了世界各國科(ke)學(xue)(xue)家的(de)(de)關注(zhu)。合(he)成氮(dan)(dan)化(hua)碳(tan)成為世界材料科(ke)學(xue)(xue)領域的(de)(de)熱門課題(ti)。日本Okayama大學(xue)(xue)的(de)(de)FFujimoto采用電子(zi)束蒸發離(li)子(zi)束輔助沉積(ji)法獲得(de)的(de)(de)氮(dan)(dan)化(hua)碳(tan)涂層達(da)到(dao)63.7Gpa。武漢大學(xue)(xue)合(he)成的(de)(de)氮(dan)(dan)化(hua)碳(tan)硬度(du)分別達(da)到(dao)50GPa，并沉積(ji)到(dao)高速(su)鋼麻花鉆上，獲得(de)非常好的(de)(de)鉆孔性(xing)能。合(he)成氮(dan)(dan)化(hua)碳(tan)的(de)(de)主要(yao)方法有真流和(he)射(she)頻反(fan)應濺射(she)法、激光蒸發和(he)離(li)子(zi)束輔助沉積(ji)法ECR－CVD法、雙離(li)子(zi)束沉積(ji)法等(deng)。