刀具的多层涂层材料

刀具的多层涂层材料

随着涂层技术的发展,单层多元涂层也逐渐被多层的复合涂层所取代。根据不同涂层材料的性能和切削条件,涂覆不同的涂层组合,以发挥各种涂层的优越性能。研究较多且有较好应用的是双层涂层和层数在3~7之间的多层复合涂层。

TiC/TiN双层涂层兼有TiC涂层的高硬度和高耐磨性,并有TiN涂层良好的化学稳定性和高抗月牙洼磨损性能。由于TiC的热膨胀系数比TiN更接近基体,涂层的残余应力较小,与基体结合牢固,并有较高的抗裂纹扩展能力,所以常用作多层涂层的底层。Al2O3涂层有很多优良的性能,但Al2O3与基体的结合强度较差,在基体上先沉积一层TiC或TiN,可以改善Al2O3涂层的结合强度。其它的双层涂层有TiN/CBN、Al2O3/CBN、TiC/TiBN及Al2O3/Ti2O3等。

三层涂层的组合方式很多,例如TiC/TiCN/TiN、TiC/TiCN/Al2O3、TiC/TiN/Al2O3、TiC/Al2O3/TiN、TaC/TiC/TiN、TiN/TiC/TiN和TiCN/TiC/TCN等,都是利用各个单涂层的优点根据不同的切削条件组合而成的。最常见是TiC/TiCN/TiN涂层,这种涂层与TiC/TiN涂层相同,切削性能优于单层TiC和TiN涂层。大多数刀具涂层厂家都有这种组合方式的涂层牌号,如美国Carmet公司的CA9443、CA9722;Kennametal公司的KC222、KC252等。

在TiC/TiCN/TiN涂层组合中再加入Al2O3层成为更现代化的涂层。如瑞典SandvikCoromant公司在CIMT2225上新的GC2225牌号刀具是具有TiCN-TiN/Al2O3-TiN结构的复合涂层,其中底层的TiCN与基体的结合强度高,并有良好的耐磨性。TiN/Al2O3的多层结构既耐磨又能抑制裂缝的扩展,表面的TiN具有较好的化学稳定性,又易于观察刀具的磨损。日本不二越公司开发出一种称为SG的新型涂层,其结构为TiN/TiCN/Ti,涂层与基体结合强度高,表层为Ti系特殊膜层,具有极好的耐热性。瑞典Seco刀具公司应用新的MT-CVD生产的TP3222刀片涂层内层的TiCN与基体有较强的结合力和强度,中间的Al2O3作为一种有效的热屏障可允许有更高的切削速度,外层的TiCN保证抗前刀面和后刀面磨损能力,最外一薄层金黄色的TiN使得容易辨别刀片的磨损状态。

其它的多层涂层组合有如德国Widia公司的TiC/TiCN/TiN/Al/TiN涂层,日本三菱金属公司生产的牌号为U66的TiC/特殊陶瓷/Al2O3涂层;美国VR/Wesson公司生产的牌号为682刀片的TaC/TiC/Al2O3/TiN组合涂层,奥地利Tizit金属加工公司生产的牌号为StamasterSr27刀片的TiC/TiCN/TiN/陶瓷组合涂层等。

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