刀具鍍膜技術(shù)

　　刀具鍍膜技術(shù)中國地質(zhì)大學(xué)(北京100083)我國使用的工具(刀具)中鍍膜工具不到10%，而美國現(xiàn)在使用的鍍膜工具超過90%.由于我國刀具質(zhì)量低下，國產(chǎn)刀具在精加工、硬材料加工、粘性材料(鎳、鉻鋼等)加工、特種材料加工中都難以應(yīng)用，特是數(shù)控機(jī)床、加工中心上使用的刀具幾乎全部進(jìn)M，：，刀具鍍膜以其優(yōu)異的性能價格比，將成為必然趨勢。

　　我國目前生產(chǎn)的刀具使用壽命低的原因有兩方面：一是硬質(zhì)合金基本強(qiáng)度太低;二是刀具無鍍膜或鍍膜工藝技術(shù)不過關(guān)。

　　1.我國刀具相對國外刀具的差距僅以(Ti、Al)N膜刀具來說，在Sandvik、Noton、Walter等國際著名品牌的鍍膜刀具之間，性能上相差不大。但進(jìn)口刀具的壽命比我國鍍(Ti、Al)N復(fù)合膜的刀具高數(shù)倍以上。這里有鍍膜水平的差別，也有刀具基體質(zhì)量上的差別。

　　硬質(zhì)合金刀具基體材料國內(nèi)的硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠主要分布在株洲、自貢、牡丹江等地，年產(chǎn)量均在兒千噸以上。對于硬質(zhì)合金基體制造，國內(nèi)存在的問題是刀具中硬質(zhì)相粒度大，自然裂紋缺陷多，合金體疏松，孔隙度大，強(qiáng)度低。

　　國外產(chǎn)品采用比例粒度混合――熱等靜壓燒結(jié)或冷等靜壓成型、壓力燒結(jié)工藝。硬質(zhì)相粒度搭配合理，合金體致密，孔隙度小，強(qiáng)度高。但也存在生產(chǎn)成本高的問題。

　　對刀具基體材料研究，國外向納米材料混人混合粒度硬質(zhì)相熱等靜壓燒結(jié)成型刀具發(fā)展。加拿大艾的蒙頓大學(xué)研究的此類混合粒度硬質(zhì)相熱等靜壓燒結(jié)成型刀具可提高壽命20%. TN膜：這一類鍍膜刀具是20世紀(jì)80年代技術(shù)，在國內(nèi)外用的最普遍。國內(nèi)部分廠家可生產(chǎn)。

　　TN+Ti(C，N)+TiC復(fù)合膜：是90年代技術(shù)，膜層硬度高，刀具壽命較TiN膜刀具壽命篼，膜層內(nèi)應(yīng)力較高，C對真空有污染。國內(nèi)部分研究單位可做刀具樣品。

　　(Ti，A1)系列復(fù)合膜：是90年代末的鍍膜技術(shù)，膜層硬度高，紅硬性好，減摩性好，適合高速切削、粘性材料切削。此類鍍膜刀具在中國地質(zhì)大王成彪顧艷紅孫維連學(xué)工程技術(shù)學(xué)院可批量生產(chǎn)。

　　金剛石膜：硬度最高，適合非碳鋼類材料切削。

　　硬度可變范圍極大。根據(jù)摻雜的雜質(zhì)不同，膜層用途也大不相同。DLC刀具無論從性能或是刀具的應(yīng)用范圍都是目前研究領(lǐng)域最引人關(guān)注的。這一技術(shù)領(lǐng)域中，美同ART公司的生產(chǎn)技術(shù)最為領(lǐng)先。

　　近年來的研究表明：納米復(fù)合膜能大幅度提高硬質(zhì)膜的硬度，如TiN/NbN納米復(fù)合膜的硬度達(dá)到51GPa(TiN單層膜硬度是21GPa，NbN是MGPa)，接近金剛石膜、超過類金剛石膜的硬度。

　　刀具鍍膜的目的不僅僅是提高耐磨壽命，還要提減摩性能，以達(dá)到提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及刀具在切削時不加切削液或少加切削液的H的。另一方面，減摩性好，刀具切削刃發(fā)熱少。也起到延長壽命的作用。

　　為了兼顧刀具鍍膜既要求高硬度耐磨，也要求自潤滑的功能，納米梯度材料耐磨減摩復(fù)合膜研究已經(jīng)成為刀具鍍膜技術(shù)研究中的前沿方向。

　　(Ti，Al)N系列薄膜研究(TiAl)N涂層刀具在高溫連續(xù)切削時的性能優(yōu)于氮化鈦。(TM1)N的穩(wěn)定性好，因此其高溫切削性能比TiN好。采用多弧離子鍍膜技術(shù)制備以下介紹(TiAl)N膜的有關(guān)性能。本研究是在原來真空陰極電弧沉積超硬TiN薄膜的優(yōu)化工藝基礎(chǔ)上，用鈦鋁合金靶代替鈦靶沉積性能更為優(yōu)異的(T：、Al)N薄膜，并對其組織結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了研究。

　　已有的研究表明(Ti、Al)N的晶體結(jié)構(gòu)為A1原子取代TiN晶格中的部分Ti原子并保持TiN的晶格。

　　元素深度分布譜見。由可以計(jì)算出薄膜表面Ti、A1的原子百分比，見表2.表2靶成分與膜表面成分俄歇微探針分析結(jié)果靶比例原子比(Ahl‘i)而-由千偏壓的作用，沉積到表面的A1，由于其;于被濺射掉。當(dāng)atm>50%Al I：于靶中的A1含量u因?yàn)锳13能全部與形成化合物。

　　下結(jié)論：刀具行業(yè)的發(fā)展方向，耐磨減摩具鍍膜技術(shù)研究中的前沿方向。下，(Ti、A)N膜層主要由面的(T1.5A1u.5)相組。

　　時，膜層一基體之間的結(jié)合力N復(fù)合膜硬質(zhì)合金刀具鍍膜生產(chǎn)。產(chǎn)實(shí)踐證明鍍膜刀具在切削含性鋼材時，較未鍍膜的硬質(zhì)合金以上。