刀具涂层技术及其发展

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1、第24卷第4期硬质合金2007年12月Vol.24No.4CEMENTEDCARBIDEDec.2007"!!!!"!!"综!合评!述!!"刀具涂层技术及其发展雒有成（河南理工大学高等职业学院，河南焦作454000）摘要随着切削技术向着高速、高效、干式的方向发展，刀具涂层技术得到了广泛的应用，并成为了左右切削技术发展的主要因素。本文介绍了各种刀具涂层材料、刀具涂层结构和刀具生长工艺的研究现状。对刀具涂层的发展方向提出了个人见解。关键词涂层刀具涂层材料涂层结构涂层工艺随着现代化金属切削加工的发展，未来的刀具度高、生产效率高

2、，约80%的加工量由涂层刀具完需要满足高切削速度、高进给速度、高可靠性、长寿成。本文重点关注以旋转刀具为对象的涂层技术及命等，并且需要适应高度自动化生产需求。传统无涂其发展。层刀具由于高温性能差，易磨损已经无法适应现代高效、高精密加工的发展要求。涂层技术在刀具上的1刀具涂层材料[1]应用为现代化金属加工技术开辟了新的航线。在切削加工中，刀具性能对切削加工效率、精度、加工刀具的涂层材料主要是一些具有高硬度的耐磨表面质量等有着决定性的影响。刀具性能的两个关化合物。常用的涂层材料有碳化物、氮化物、碳氮化键指标——硬度和强度(韧

3、性)之间又存在着矛盾，物、氧化物、硼化物、硅化物、金刚石及复合涂层八大[2]硬度高的材料往往强度和韧性低，而要提高韧性往类数十个品种。近年来，涂层技术得到了飞速的发往是以硬度的下降为代价的。涂层技术通过改进刀展，涂层材料方面，从最早的TiN涂层，已开发出具力学性能，有效调解了这两者的矛盾，同时刀具的TiCN、(Ti,Al)N、Al2O3、CrN、C3N4、ZrN等硬涂层及超耐磨性、高温强度等也得到大大改善。在相对较软的硬涂层材料，以及MoS2、WS2、WC/C等软涂层材料，刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金从而

4、满足各种切削工艺的要求。属或非金属化合物薄膜(如TiAlN、TiC、TiN、Al2O3等)1.1含钛硬涂层[2]组成的涂层刀具，是切削刀具发展的一次革命。涂氮化钛（TiN）是工艺最成熟，应用最早、最广泛层刀具与未涂层刀具相比，具有明显的优越性:显著的硬涂层材料。它具有较高的化学稳定性，可以大大降低摩擦系数，改善刀具表面的摩擦学性能和排屑减少刀具与工件之间的摩擦系数。目前工业发达国能力；显著提高耐磨性和抗冲击韧性，改善刀具的切家TiN涂层高速钢刀具的使用率已经占高速钢刀具削性能，提高加工效率和刀具寿命；提高刀具表面抗的50

5、%～70%，有的不可重磨的复杂刀具的使用率已氧化性能，使刀具可以承受更高的切削热，有利于提超过90%。但是TiN涂层的耐氧化性较差，使用温高切削速度及加工效率，并扩大了干切削的应用范度达500℃时，膜层明显氧化而被烧蚀，硬度较低，[3]围，从而减少或消除切削液对环境的影响。在先进制不能满足现代金属切削对刀具的技术要求。造业中，硬质合金刀具及高性能高速钢刀具，80%以碳氮化钛（TiCN）是通过多元合金化方法，向上都采用了表面涂层技术,CNC机床上所用的切削TiN涂层中加入C元素得到的。由于C元素的引入，刀具90%以上是涂层

6、刀具。由于涂层刀具的切削速涂层的硬度和抗氧化温度都得到了提高。TiCN涂层作者简介：雒有成（1966--），男，本科，讲师。工作单位：河南理工大学高等职业学院。研究方向：机械加工。第24卷雒有成:刀具涂层技术及其发展·253·在常规加工、温度低于500℃的条件下表现出比性能外，还可以在相当高的切削速度下加工耐热钢、TiN及TiAlN涂层更优越的性能——涂层硬度高、钛合金、淬火钢，能切削高硬度的冷硬轧辊、渗碳淬表面粗糙度和摩擦系数小。此外，该涂层可以和TiN火材料和对刀具磨损非常严重的Si-Al合金等。涂层形成多层膜结构，

7、不但可以保持TiN涂层与基其它新型开发硬涂层材料包括氮化碳(CNx)、多体材料良好的结合和表面抗氧化性能，同时多层涂晶氮化物超点阵涂层等。如氮化碳(CNx)涂层能够形层形成的TiN/TiCN内界面能改变单一涂层的柱状成β-C3N4，理论上可以计算出其硬度将超过金刚石，晶生长结构，提高涂层的韧性，从而提高涂层刀具已经有氮化碳合成的报道。多晶氮化物超点阵涂层是的切削性能。一种很有希望的新型刀具涂层，多晶TiN/NbN和2氮铝化钛系列涂层[(Ti,Al)]N是非常成功的一TiN/VN超点阵涂层的硬度分别为50960N/mm和2

8、种涂层材料，具有高硬度、氧化温度高、热硬性好、54880N/mm，超点阵涂层由于层内或层间位错导致附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性，用其其硬度很高。同时还有CrC和CrN涂层、Hf(Zr,Ti,加工高温合金、不锈钢、钛合金和镍合金时刀具的Ta等)的碳化物和硼化物涂层和Hf(Zr,Ti,Al,Be等)[4]寿命