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1、超硬材料薄膜涂层研究进展及应用摘要：CVD和PVDTiN,TiC,TiCN,TiAIN等硬质薄膜涂层材料超硬薄脫是指维氏硬度在40GPa以上的硬质薄膜。2金刚石膜用化学气相沉积（CVD）方法制备的金刚石膜，化学气相沉积金刚石所依据的化学反应基于碳氢化合物（如甲烷）的裂解，如高热高温、等离子休。且金刚石薄膜可以在几乎任意形状的工具衬底上沉积，PCD则只能制作简单形状的工具。国内目前尚无金刚石膜涂层产品上市，口前能够制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头最小直径为Imino目前正在和国内知名设备制造厂商（北京长城钛金公司）合作研发工业化商品设备，牛产能力为每次沉积硬质
2、合金钻头（或丿J片）300只以上，预计年内可投放国内外市场。3类金刚石膜（DLC）类金刚石膜（DLC）是一大类在性质上和金刚石类似，具有8p2和sp3杂化的碳原子空间网络结构的非晶碳膜。采川射频CVD、磁控溅射、激光淀积（PLD）、离子束溅射、真空磁过滤电弧离子镀、微波等离了体CVD、ECR（电了冋旋共振）CVD等等都可以制备DLC。且沉积温度很低（可在室温沉积），可在许多金刚石膜难以沉积的衬底材料（包括钢铁）上沉积。深圳雷地公司在DLC的产业化应用方面走在国内前列。不少单位，如北京师范人学、中科院上海冶金所、北京科技大学、淸华大学、广州有色院、四川大学等
3、都正在进行或曾经进行过DLC的研究和应用开发工作。5碳氮膜采用反应磁控溅射、离子束淀积、双离子束溅射、激光束淀积（PLD）、等离子体辅助CVD和离了注人等方法都可以制备出CNx薄膜。国内外的研究者争先恐示，企图第一个合成出纯相的P-C3N4晶体或晶态薄膜。但是，经过了十余年的努力，至今并无任何人达到上述目标6纳米复合膜和纳米复合多层膜目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD)法和化学气相沉积(CVD)法。前者沉积温度为500°C,涂层厚度为2-5µm；后者的沉积温度为900°C~1100°C,涂层厚度可达5~10µm,并
4、R设备简单，涂层均匀。因PVD法未超过高速钢本身的回火温度,故高速钢刀具一般采川PVD法，硬质合金人多釆川CVD法。硬质合金川CVD法涂层时，rfl于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(n相)，导致刀片脆性破裂。涂层刀具的各个层面近十儿年來，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。国外还用PVD/CVD相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法(等离子体化学气和沉积法)。即利用等离子体來促进化学反应，可把涂覆温度降至400°C以下(目前涂覆温度已可降至180°C~200°C),使硬质合金基体与涂层材料Z间不会产生扩散、相
5、变或交换反应，町保持刀片原有的韧性。据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。硬质涂层涂层刀具新工艺TiAIN、CrN、TiAICrN是近儿年来开发的硬质涂层新材料。TiAIN涂层刀片已商品化。它的化学稳定性和抗氧化磨损性能好，用其加工高合金钢、不锈钢、钛合金和银合金吋的刀具寿命可比TiN涂层高站4倍。此外，TiAIN涂层中如果有合适的铝浓度，切削时在刀具前刀血和切屑的界面上还会产牛一层硬质的悄性保护膜，该膜有较好的隔热性，可更有效地川于高速切削。例如，美国Kennametal公司推出的H7刀片,系TiAIN涂层，是专为高速铳削合
6、金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。CrN是一种无钛涂层，适于切削钛和钛介金、铜、铝以及其它软材料，化学稳定性好，不产生粘屑。TiAICrN是一种梯度结构涂层，不仅具有高的韧性和硬度，而且摩擦因数也较小，适用于铳刀、滚刀、丝锥等多种丿J具，切削性能明显优于TiN°氮化钛涂层德国某公司开发了Supernitride涂层系列，其中超级氮化饮涂层冇很高的含铝量，可形成稳定的氧化层(氧化温度达1000°C),它比一般的TiAIN涂层更硬、更致密、更耐高温，适用于高速切削、T•式切削和硬切削的刀具,可加工硬度高达58HRC以上的淬火钢。纳米超薄膜涂层此外，纳
7、米超薄膜涂层工艺已口趋成熟。据报道，日木某公司推出了一种高速强力型钻头，它是在韧性好的K类(WC+Co)硬质仑金基体上交互涂覆了1,000层TiN和AIN超薄膜涂层，涂层厚度约2.5微米。使用表明，该钻头的抗弯强度与断裂韧性可大幅度提高，其硬度则与CBN相当，刀具寿命町提高2倍左右。该公司述开发出ZX涂层立铳刀，超薄膜镀层数达2,000层，每层厚度约:Lnm,用该立铳刀加工60HRC的高硬度材料，刀具寿命远高于TiCN和TiAIN涂层丿J具。第八届中国国际机床展览会(CIMT2003)上，瑞丄某公司推出的纳米结构涂层(AITiN/SiN)立铳刀,其涂层硬度
8、为45GPa,氧化温度1100°C,切削对比试验表明,其寿命比Ti
