【数控刀具选用指南20】刀具涂层的种类和特点

涂层是这样一种东西, 它是针对硬质合金或高速钢刀具而言的, 通过化学或者物理的方式, 在刀具的上表面涂覆一层具有很好耐磨性的难熔金属化合物。这样做呢, 能够提高刀具材料的耐磨性, 而且还不会降低其韧性。

（本篇选取自《数控刀具选用指南》第二章第五节（一）, 刀具涂层的种类以及特点）。

（一）刀具涂层的种类

涂层刀具依据涂层方法存在差异, 可划分成化学气相沉积涂层刀具, 也就是简称为CVD的那种, 以及物理气相沉积涂层刀具, 即简称为PVD的这种。CVD涂层的原理呈现于图2-19之上。PVD涂层的原理展示在图2-20之中。

图2-19 CVD涂层原理

图2-20 PVD涂层原理

依据涂层刀具基体材料存在差异, 涂层刀具能够划分成硬质合金涂层刀具, 高速钢涂层刀具, 以及针对陶瓷和超硬材料（金刚石和立方氮化硼）的涂层刀具以及其他种类等。涂层硬质合金刀具正常运用化学气相沉积法, 沉积温度处于1000℃左右。涂层高速钢刀具通常采用物理气相沉积法, 沉积温度大概在500℃左右。

在硬质合金基体上, 采用CVD（化学蒸镀法）合成金刚石涂层, 合成的涂层有着与天然金刚石相近的硬度以及导热系数, 在非铁材料加工里发挥出优异性能, 金刚石涂层刀具凭借良好的切削性能, 在切削加工领域拥有广阔应用前景, 是加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金以及许多其他耐磨蚀材料的理想刀具, 目前其主要应用领域为汽车和航空航天工业, 如图2-21所示金刚石涂层刀具的组织。

图2-21 金刚石涂层刀具的组织

DLC是一种非晶质硬质碳素膜, 这种膜具备由同种碳原子构成的石墨与金刚石之间的性质, DLC涂层通常和有色金属的摩擦系数较小, 它被用于加工铝合金等非铁材料, 像表2-21展现的就是DLC涂层的特性。

表2-21 DLC涂层的特性

涂层刀具能够依据涂层材料的性质, 被分作两大类别, 也就是被叫作“硬”涂层刀具以及“软”涂层刀具的这两类。“硬”涂层刀具所追寻的主要方向是具备高的硬度以及耐磨性, 它的主要优势在于硬度高、耐磨性佳, 比较典型的像TiC和TiN涂层, 各种各样的涂层刀具呈现于图2-22之中。“软”涂层刀具, 用于制备的是像MoS2、WS2等这样的固体润滑剂, 制造出的刀具, 所追求的目标是低摩擦系数, 它也被称作自润滑刀具, 该刀具和工件材料间的摩擦系数非常低, 大概只有0.1左右, 能够减小粘接情况, 减轻摩擦程度, 还能降低切削力以及切削温度。

图2-22 涂层刀具（片）

（二）刀具涂层的特点

1.涂层刀具把基体材料以及涂层材料的优良性能给关联起来 , 力学性能良好 , 切削性能也良好 , 它既留存了基体不错的韧性 ，还有较高的强度 , 具备涂层的高硬度 , 也有高耐磨性与低摩擦系数 ,所以 , 涂层刀具的切削速度跟未涂层的相比较之下 , 寿命能够提升2至5倍 , 运用涂层刀具能够获取显著的经济效益。

2.涂层刀具, 其通用性很强且广泛, 致使加工范围明显得以扩大, 一种涂层刀具能够替代数种非涂层刀具来使用, 所以能够极大地削减刀具的品种以及库存量, 将刀具管理予以简化, 让刀具和设备成本有所降低。

存有各种刀具涂层技术, 其出现的年代不同, 并且适用的加工领域也各异, 情况好似表2-22所呈现的那样。

表2-22 各种刀具涂层技术出现的年代及适用的加工领域

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