刀具(ju)涂層(ceng)材(cai)料介(jie)紹 刀具(ju)涂層(ceng)材(cai)料哪種(zhong)好

1.金剛石、類金剛石（DLC）涂層

金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)涂(tu)層(ceng)是新型刀具(ju)涂(tu)層(ceng)材(cai)料(liao)之一。它利用(yong)低壓(ya)化學氣相沉積技術在硬(ying)質合(he)金(jin)基體上(shang)生長出(chu)一層(ceng)由多(duo)晶組(zu)成的金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)膜，用(yong)其(qi)加工(gong)硅鋁合(he)金(jin)和銅合(he)金(jin)等有色金(jin)屬、玻璃纖維等工(gong)程材(cai)料(liao)及硬(ying)質合(he)金(jin)等材(cai)料(liao)，刀具(ju)壽(shou)命是普通硬(ying)質合(he)金(jin)刀具(ju)的50～100倍。金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)涂(tu)層(ceng)采用(yong)了(le)(le)許多(duo)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)合(he)成技術，最普通的是熱絲法(fa)、微(wei)波等離子(zi)法(fa)和DC等離子(zi)噴射法(fa)。通過改進涂(tu)層(ceng)方法(fa)和涂(tu)層(ceng)的粘結，已生產出(chu)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)涂(tu)層(ceng)刀具(ju)，并在工(gong)業上(shang)得(de)到了(le)(le)應(ying)用(yong)。

近年(nian)來，美(mei)國(guo)、日本和瑞典(dian)等(deng)國(guo)家都已相(xiang)繼(ji)推出了金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)涂(tu)層(ceng)的絲錐、鉸刀、銑刀以及用(yong)于(yu)加工(gong)(gong)印刷線路板上的小(xiao)孔金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)涂(tu)層(ceng)硬質合金(jin)(jin)鉆頭(tou)及各種(zhong)可轉位刀片(pian)，如瑞典(dian)Sandvik公司的CD1810和美(mei)國(guo)Kennametal公司的KCD25等(deng)牌(pai)號產(chan)(chan)品。美(mei)國(guo)Turchan公司開發(fa)的一種(zhong)激光(guang)等(deng)離子體沉(chen)(chen)積(ji)(ji)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的新(xin)工(gong)(gong)藝，用(yong)此法(fa)沉(chen)(chen)積(ji)(ji)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)，由于(yu)等(deng)離子場包圍整個(ge)刀具，刀具上的涂(tu)層(ceng)均勻，其沉(chen)(chen)積(ji)(ji)速度(du)比(bi)常規CVD法(fa)快(kuai)1000倍。此法(fa)所成的金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)涂(tu)層(ceng)與基體之間產(chan)(chan)生真正的冶金(jin)(jin)結合，涂(tu)層(ceng)強度(du)高，可防止涂(tu)層(ceng)脫落(luo)、龜裂(lie)和裂(lie)紋等(deng)缺(que)陷。CemeCon公司具有特色(se)的CVD金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)涂(tu)層(ceng)技(ji)術，2000年(nian)建立生產(chan)(chan)線，使金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)涂(tu)層(ceng)技(ji)術達到(dao)工(gong)(gong)業化生產(chan)(chan)水平，其技(ji)術含(han)量高，可以批量生產(chan)(chan)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)涂(tu)層(ceng)。

類金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)涂層(ceng)(ceng)在對某(mou)些(xie)材(cai)料(Al、Ti及其(qi)復(fu)合(he)材(cai)料)的(de)(de)(de)機(ji)械(xie)加(jia)工方面具有(you)(you)(you)(you)明顯優勢。通過低(di)壓氣(qi)相(xiang)沉(chen)(chen)積(ji)的(de)(de)(de)類金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)涂層(ceng)(ceng)，其(qi)微(wei)觀結構與天然金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)相(xiang)比仍有(you)(you)(you)(you)較(jiao)大差異。九十年代(dai)，常采用(yong)激(ji)活氫存在下(xia)的(de)(de)(de)低(di)壓氣(qi)相(xiang)沉(chen)(chen)積(ji)DLC，涂層(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)含(han)(han)有(you)(you)(you)(you)大量氫。含(han)(han)氫過多(duo)將降低(di)涂層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)結合(he)力(li)和硬(ying)度(du)(du)(du)，增大內應(ying)力(li)。DLC中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)氫在較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)溫度(du)(du)(du)下(xia)會慢慢釋放出來(lai)，引(yin)起涂層(ceng)(ceng)工作(zuo)不穩定。不含(han)(han)氫的(de)(de)(de)DLC硬(ying)度(du)(du)(du)比含(han)(han)氫的(de)(de)(de)DLC高(gao)(gao)(gao)，具有(you)(you)(you)(you)組織均勻、可大面積(ji)沉(chen)(chen)積(ji)、成(cheng)本(ben)低(di)、表面平整等優點(dian)，已成(cheng)為(wei)近年來(lai)DLC涂層(ceng)(ceng)研究的(de)(de)(de)熱點(dian)。美(mei)國科學(xue)家A.A.Voevodin提出沉(chen)(chen)積(ji)超硬(ying)DLC涂層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)結構設計為(wei)Ti-TiC-DLC梯度(du)(du)(du)轉(zhuan)變涂層(ceng)(ceng)，使硬(ying)度(du)(du)(du)由(you)較(jiao)軟的(de)(de)(de)鋼基體逐(zhu)漸(jian)提高(gao)(gao)(gao)到表層(ceng)(ceng)超硬(ying)的(de)(de)(de)DLC涂層(ceng)(ceng)。這類復(fu)合(he)涂層(ceng)(ceng)既保(bao)持了(le)(le)高(gao)(gao)(gao)硬(ying)度(du)(du)(du)和低(di)摩擦(ca)系數，又降低(di)了(le)(le)脆性，提高(gao)(gao)(gao)了(le)(le)承載力(li)、結合(he)力(li)及磨損抗力(li)。日本(ben)住友公司推出了(le)(le)在硬(ying)質合(he)金(jin)(jin)刀(dao)片上涂覆金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)DLC的(de)(de)(de)DL1000涂層(ceng)(ceng)，用(yong)于切削鋁合(he)金(jin)(jin)和非(fei)鐵金(jin)(jin)屬(shu)，抗粘結，能有(you)(you)(you)(you)效降低(di)已加(jia)工表面的(de)(de)(de)粗糙度(du)(du)(du)。

經(jing)過(guo)多年的(de)(de)(de)研(yan)究表(biao)(biao)明(ming)：由于類(lei)金剛石涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)內應力高、熱穩定(ding)性(xing)差及與黑色(se)(se)(se)金屬(shu)間的(de)(de)(de)觸媒效(xiao)應使SP3結構向(xiang)SP2轉變等缺點，決定(ding)了它目(mu)前只能應用于加工(gong)有色(se)(se)(se)金屬(shu)，因而限制了它在(zai)(zai)機加工(gong)方(fang)面的(de)(de)(de)進(jin)一步應用。但是(shi)近年來的(de)(de)(de)研(yan)究表(biao)(biao)明(ming)，以(yi)SP2結構為主的(de)(de)(de)類(lei)金剛石涂(tu)層(ceng)(ceng)(也稱為類(lei)石墨涂(tu)層(ceng)(ceng))硬(ying)度也可(ke)(ke)達到20～40GPa，卻(que)不存在(zai)(zai)與黑色(se)(se)(se)金屬(shu)起觸媒效(xiao)應的(de)(de)(de)問題，其摩擦系數很(hen)低又(you)有很(hen)好的(de)(de)(de)抗濕(shi)性(xing)，切(qie)削(xue)時(shi)可(ke)(ke)以(yi)用冷卻(que)劑也可(ke)(ke)用于干切(qie)削(xue)，其壽命比無涂(tu)層(ceng)(ceng)刀(dao)有成倍(bei)的(de)(de)(de)提高，可(ke)(ke)以(yi)加工(gong)鋼鐵(tie)材料，因而引(yin)起了涂(tu)層(ceng)(ceng)公司、刀(dao)具廠家的(de)(de)(de)極大興趣。假以(yi)時(shi)日，這種新(xin)型的(de)(de)(de)類(lei)金剛石涂(tu)層(ceng)(ceng)將會(hui)在(zai)(zai)切(qie)削(xue)領域得到廣(guang)泛的(de)(de)(de)應用。

2.立方氮化硼(CBN)涂層

CBN是(shi)繼人工合(he)成金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)之后(hou)出(chu)現的另(ling)一(yi)種超(chao)硬(ying)(ying)(ying)(ying)材(cai)(cai)料，它除了(le)具有許多(duo)與(yu)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)類似的優異物(wu)(wu)理、化學特(te)性(xing)(xing)（如(ru)超(chao)高硬(ying)(ying)(ying)(ying)度，僅次于金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)，高耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)，低(di)摩擦(ca)系(xi)數，低(di)熱(re)膨(peng)脹系(xi)數等）外，同時(shi)還具有一(yi)些(xie)優于金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)的特(te)性(xing)(xing)。CBN對于鐵(tie)、鋼和氧化環(huan)境具有化學惰(duo)性(xing)(xing)，在(zai)氧化時(shi)形成一(yi)薄層氧化硼，此(ci)氧化物(wu)(wu)為(wei)涂層提供了(le)化學穩定性(xing)(xing)，因此(ci)它在(zai)加工硬(ying)(ying)(ying)(ying)的鐵(tie)材(cai)(cai)、灰鑄鐵(tie)時(shi)耐(nai)熱(re)性(xing)(xing)也(ye)極(ji)為(wei)優良(liang)，在(zai)相(xiang)當高的切削溫度下(xia)也(ye)能切削耐(nai)熱(re)鋼、淬(cui)(cui)火鋼、鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)等,并能切削高硬(ying)(ying)(ying)(ying)度的冷(leng)硬(ying)(ying)(ying)(ying)軋輥(gun)、滲碳淬(cui)(cui)火材(cai)(cai)料以及對刀具磨(mo)損(sun)非常嚴重的硅鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)等難加工材(cai)(cai)料。

自1987年Inagawa等成功(gong)地制(zhi)備了(le)出純的(de)CBN涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)以(yi)來，在(zai)國際上掀起了(le)CBN硬(ying)質(zhi)(zhi)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)研究熱(re)潮。低(di)壓氣相(xiang)合成CBN涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)方(fang)法主(zhu)要有CVD和(he)PVD法。CVD包(bao)括化(hua)(hua)學輸運(yun)PCVD，熱(re)絲輔(fu)(fu)助(zhu)加熱(re)PCVD，ECR－CVD等；PVD則(ze)有反(fan)應(ying)離子(zi)束鍍、活(huo)性(xing)反(fan)應(ying)蒸鍍、激光(guang)蒸鍍離子(zi)束輔(fu)(fu)助(zhu)沉積(ji)(ji)(ji)法等。研究結果(guo)表明：在(zai)合成CBN相(xiang)、對硬(ying)質(zhi)(zhi)合金基(ji)體(ti)的(de)良好粘結和(he)合適的(de)硬(ying)度(du)等方(fang)面已取(qu)得(de)了(le)進展，目(mu)前沉積(ji)(ji)(ji)在(zai)硬(ying)質(zhi)(zhi)合金上的(de)立方(fang)氮化(hua)(hua)硼最(zui)大(da)僅為0.2～0.5μm，若想達到商品化(hua)(hua)，則(ze)必須采(cai)用可靠的(de)技術來沉積(ji)(ji)(ji)高純的(de)經濟的(de)CBN涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)，其厚度(du)應(ying)在(zai)3～5μm，并(bing)在(zai)實際金屬切(qie)削加工中(zhong)證實其效果(guo)。

3.CNx涂層

二十世代八十年代，美國科學(xue)家(jia)Liu和(he)Cohen設計了(le)類似β-Si3N4新型化合(he)物β-C3N4，采用固體物理(li)和(he)量(liang)子(zi)化學(xue)理(li)論(lun)，計算出它的(de)(de)硬度可(ke)能達(da)到(dao)金剛石，這引起了(le)世界(jie)各國科學(xue)家(jia)的(de)(de)關注。合(he)成氮(dan)化碳(tan)(tan)成為世界(jie)材料科學(xue)領域(yu)的(de)(de)熱門課題。日本Okayama大(da)(da)學(xue)的(de)(de)FFujimoto采用電子(zi)束(shu)蒸(zheng)(zheng)發(fa)離子(zi)束(shu)輔(fu)助(zhu)沉積法獲(huo)得的(de)(de)氮(dan)化碳(tan)(tan)涂層(ceng)達(da)到(dao)63.7Gpa。武(wu)漢大(da)(da)學(xue)合(he)成的(de)(de)氮(dan)化碳(tan)(tan)硬度分別達(da)到(dao)50GPa，并(bing)沉積到(dao)高速鋼麻花鉆上，獲(huo)得非常好(hao)的(de)(de)鉆孔性能。合(he)成氮(dan)化碳(tan)(tan)的(de)(de)主要方法有真流和(he)射頻(pin)反(fan)應濺射法、激光(guang)蒸(zheng)(zheng)發(fa)和(he)離子(zi)束(shu)輔(fu)助(zhu)沉積法ECR－CVD法、雙離子(zi)束(shu)沉積法等(deng)。