刀具涂層及種類

一、涂層工藝
    刀具涂層技術通?？煞譃榛瘜W氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）兩大類。
    1．CVD技術被廣泛應用于硬質合金可轉位刀具的表面處理。CVD可實現(xiàn)單成份單層及多成份多層復合涂層的沉積，涂層與基體結合強度較高，薄膜厚度較厚，可達7～9μm，具有很好的耐磨性。但CVD工藝溫度高，易造成刀具材料抗彎強度下降；涂層內部呈拉應力狀態(tài)，易導致刀具使用時產生微裂紋；同時，CVD工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環(huán)境污染。為解決CVD工藝溫度高的問題，低溫化學氣相沉積（PCVD），中溫化學氣相沉積（MT-CVD）技術相繼開發(fā)并投入實用。目前，CVD（包括MT-CVD）技術主要用于硬質合金可轉位刀片的表面涂層，涂層刀具適用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。
    2．PVD技術主要應用于整體硬質合金刀具和高速鋼刀具的表面處理。與CVD工藝相比，PVD工藝溫度低（最低可低至80℃），在600℃以下時對刀具材料的抗彎強度基本無影響；薄膜內部應力狀態(tài)為壓應力，更適于對硬質合金精密復雜刀具的涂層；PVD工藝對環(huán)境無不利影響。PVD涂層技術已普遍應用于硬質合金鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。物理氣相沉積（PVD）在工藝上主要有（1）真空陰極弧物理蒸發(fā)（2）真空磁控離子濺射兩種方式。

    （1）陰極弧物理蒸發(fā)（ARC）   真空陰極弧物理蒸發(fā)過程包括將高電流，低電壓的電弧激發(fā)于靶材之上，并產生持續(xù)的金屬離子。被離化的金屬離子以60～100eV平均能量蒸發(fā)出來形成高度激發(fā)的離子束，在含有惰性氣體或反應氣體的真空環(huán)境下沉積在被鍍工件表面。真空陰極弧物理蒸發(fā)靶材的離化率在90%左右，所以與真空磁控離子濺射相比，沉積薄膜具有更高的硬度和更好的結合力。但由于金屬離化過程非常激烈，會產生較多的有害雜質顆粒，涂層表面較為粗糙。
    （2）磁控離子濺射（SPUTTERING）  真空磁控離子濺射過程中，氬離子被被加速打在加有負電壓的陰極（靶材）上。離子與陰極的碰撞使得靶材被濺射出帶有平均能量4～6eV的金屬離子。這些金屬離子沉積在放于靶前方的被鍍工件上，形成涂層薄膜。由于金屬離子能量較低，涂層的結合力與硬度也相應較真空陰極弧物理蒸發(fā)方式差一些，但由于其表面質量優(yōu)異被廣泛應用于有表面功能性和裝飾性的涂層領域中。

二、涂層種類
    由于單一涂層材料難以滿足提高刀具綜合機械性能的要求，因此涂層成分將趨于多元化、復合化；為滿足不同的切削加工要求，涂層成分將更為復雜、更具針對性；在復合涂層中，各單一成分涂層的厚度將越來越薄，并逐步趨于納米化；涂層工藝溫度將越來越低，刀具涂層工藝將向更合理的方向發(fā)展。