硬质合金涂层刀具研究进展pdf

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1、凿岩机械气动工具20092作者简介刘海浪1983■男湖南长沙人硕士研究生主要从事刀具涂层方面的研究。1前言随着科学技术的进步难加工材料的使用日益增多材料的力学性能不断提高而且对加工效率的要求也不断提高传统的未涂层刀具常常不能适应新的要求。尽管硬质合金刀具的硬度为89-93.5HRA1300-1850HV但是对于难加工材料的高效加工己不适用。虽然可以采取各种措施提高刀具材料的硬度与耐磨性但同时必然带来刀具材料抗弯强度和冲击韧性的下降即材料变脆从而影响刀具的使用性能。在硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化

2、合物薄膜如TiCTiAINA1203等的涂层刀具结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点降低了刀具与工件Z间的摩擦因数提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性。因此涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性延长了刀具的寿命这是切削刀具发展的又一次变革。2硕质合金刀具涂层制备方法硕质合金刀具涂层的制备方法有很多包括气相沉积、热喷涂、化学热处理、热反应扩散沉积、溶胶凝胶等o气相沉积应用比较多制备涂层质量好己经逐步成为刀具涂层制备方法的主导气相沉积技术分为化学气相沉积chemicalvapordepositionCVD和物理气相沉积

3、physicalvapordepositionPVDo2」化学气相沉积CVD化学气相沉积CVD属于原子沉积类是利用气态的先驱反应物通过原子、分子间化学反应的途径生成固态涂层的技术。基于此特点CVD过程人多在相对较高的压力和较高的沉积温度环境下进行因为较高的压力有助于提高涂层的沉积速率较高的沉积温度可保证化学反应的顺利进行。早在40多年前瑞典Sandvik公司和德国Crupp公司研发了化学气相沉积CVD涂层技术1969年向市场推出了CVDTiC涂层硬质合金刀片产品1。此后美国、日木等国也相继硬质合金涂层刀具研究进展刘海浪12羊建高

4、12黄如愿121.江四理工大学材料与化学工程学院江西赣州3410002.章源钩业股份有限公司江西赣州341000摘要随着现代机械加工工业朝着高精度、高速切削、干式切削技术以及降低成本等方向发展人们对硬质合金刀具提出了更高的要求涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性延长了刀具的寿命。当前硬质合金刀具涂层制备方法主要包括化学气相沉积和物理气相沉积涂层刀具的发展呈现涂层成分多元化、涂层结构多层化、涂层基体梯度化和涂层工艺灵活化的趋势。涂层刀具后处理技术包括热处理、磁化处理及深冷处理等随着技术的进步更多更新型的后处理技术将带来涂层刀具的又

5、一次变革。关键词硕质合金涂层刀具物理气相沉积化学气相沉积屮图分类号TG711文献标识码B52凿岩机械气动工具20092牛产出同类产品。多年来CVD涂层技术不断发展改进了基体材料和涂层工艺使用多种和多层涂层材料出现了第二代、第三代直至第五代、第六代涂层刀具产品。CV涂层工艺温度约为1000°C结合力可靠但也带来了一些性能上的缺陷如刀具切削刃需经过钝化预处理刀具表面易出现残余拉应力且不能用于高速钢刀具表面涂层另外CV技术的沉积温度太高超过了许多材料的热处理温度在这样高的沉积温度下镀层和硬质合金基体材料都面临着晶粒长大和失碳问题从而产

6、牛一种或几种复式碳化物即所谓的耳相且通常生成在涂层和基体的界而特别是刃口上。这种q相很脆降低硬质合金的抗弯强度同时增大刃口的脆性从而导致刀刃在使用过程中过早损坏。人们不断努力降低工艺温度改变基体材料组分改进切削刃钝化方法使CV涂层破质合金的性能得到提高。20世纪80年代研发的屮温化学气相沉积mode「atetempeni・turechemicalvapordepositionMTCV技术在一定程度上推动了化学气相沉积的发展进步。2.2物理气相沉积PVD物理气相沉积是利用某种物理过程如物质的蒸发或受到粒了轰击吋物质表面原了的溅射等

7、现象实现物质原了从源物质到沉积涂层的可控转移过程是在分子、原子的尺度上沉积涂层。与V涂层技术相比PVD涂层技术有以下几个优点1PVD技术的沉积温度低可以在200600°C及以下沉积TiN等超硬涂层因此不会降低基体材料原有抗弯强度涂层和基体间也不会产牛耳相因此不需采用特殊的硬质合金材料扩大了应用范围2涂层具有微细结构在涂层内部产生压应力抗裂纹扩展能力强3涂层表而光滑比V涂层更能有效地阻止前刀而的横裂纹扩展同时还可以降低摩擦系数4可以使用刃口锋利的刀具作基体这一点对于高速切削非常重要。20世纪80年代以来PV技术成功用于切削刀具的硬

8、质涂层有效提高表面硬度、韧性、耐磨性和高温稳定性大幅度提高涂层产品的使用寿命引起刀具材料和性能的巨变。作为表面改性的新技术PV得到越来越广泛应用已普遍应用于铳刀、钻头、較刀、丝锥、异形刀具等的涂层处理并扩展到模具和摩擦零件及装饰等防腐耐磨镀层在先进制造技术中占有