以“创新发展,和谐共赢”为主题的第十届中国国际机床展(CIMT2007)于2007年4月8日至15日在北京中国国际展览中心成功举办,来自28个国家和地区的1100多家机床、工具、数控系统和主要功能部件著名企业参加了展览。其中,参展的国内外刀具企业约170家,在展会上展示了当今世界最先进的切削加工技术和高水平的刀具产品。“面对加工制造业,为用户提供全面的高效率切削加工解决方案”成为本届展会刀具技术及展品的主旋律。从本次展会的刀具展品特点来看,在刀具新品和切削加工新技术上主要体现在随着刀具材料、涂层和几何结构的不断改进和提高,刀具的性能大幅度提高;在刀具新品的类型上,则突出体现了针对不同加工制造行业的特点,为用户提供全套的金属切削加工解决方案。现就本次展会的刀具展品评述如下。
1硬质合金刀具材料牌号不断推陈出新
从本次展会来看,硬质合金仍然是金属切削加工刀具的主要材料,并且新牌号的开发速度更快。硬质合金刀具材料新牌号的开发,主要是围绕着硬质合金材料基体的改进和涂层工艺技术的提高而进行,二者相辅相成,共同促进了新型高性能硬质合金刀具新牌号的不断推出。
在基体材料方面,除了超细晶粒、梯度合金以外,本次展会还展出了混合晶粒合金以及在基体材料中加入其它元素等高性能硬质合金基体材料,进一步提高了硬质合金基体材料的性能。
韩国YesTool公司推出的“KRUZ”硬质合金机夹孔加工刀具,采用了硬质相晶粒分别为0.2+0.5+0.8μm的混合型高钴(13%)超细晶粒度基体,使刀具基体材料的强度和硬度都有较大的提高,配以接近整体型钻头强度的机夹刀片几何结构和夹紧方式以及独创的钻尖设计和高性能的氮化钛(TiN)与氮铝化钛(TiAlN)纳米物理涂层(PVD),不仅适用于加工软质到硬质工件,甚至对极难加工的特殊材料工件,都能体现出优秀的切削性能。
瑞典山特维克可乐满公司(SandvikCoromant)新推出的钢材车削牌号GC4225、GC4235,采用了超细晶粒的梯度硬质合金基体,配以氮碳化钛中温化学涂层(MT-CVD)和细晶柱状a-Al2O3化学涂层,表面则采用消除表面应力的后处理工艺,即通过喷丸处理去掉前刀面CVD涂层的拉应力表层(TiN),使露出表面的Al2O3的拉应力下降40%,内层涂层的应力下降20%,显著改善了刀片的抗微崩刃性能和抗剥落能力,在提高刀刃完整性和可靠性的同时还提高了涂层表面的光洁度,降低了刀片与切屑之间的粘结性。GC4225可覆盖从粗加工到精加工80%的应用领域,与一般的P25刀片比较刀具寿命可提高60%,生产效率提高33%,为钢件加工的首选牌号。株洲钻石切削刀具股份有限公司继两年前推出用于铸铁加工的YBD系列黑金刚牌号后,新推出的用于钢材加工的第二代黑金刚系列牌号——YBC152和YBC252也采用了表面富钴的梯度硬质合金基体材料,配以厚层的纤维状TiCN和细晶粒Al2O3的CVD涂层,具有极强的抗塑性变形能力和刃口强度,特别适合钢材的高速加工。新一代黑金刚牌号刀片在相同切削条件下,可提高切削速度25%以上;在同样切削速度下,刀具寿命可提高30%以上。在本次展会上推出表面富钴梯度硬质合金基体材料新牌号的还有:美国Kennametal公司的通用材质牌号KU30T、Valenite公司的加工不锈钢牌号VP5535、以色列ISCAR公司的适用于高速加工的改进型Al2O3MT-CVD复合涂层“a-TEC”系列(如:IC9150、IC9250、IC9350)牌号等。
在硬质合金中添加少量的元素可强化材料的硬质相和粘结相、净化晶界并显著提高材料的抗弯强度和冲击韧性。日本住友电工硬质合金株式会社推出的ACE系列涂层牌号(AC700G、AC2000、AC3000),采用了加锆(Zr)的硬质合金基体材料,使新牌号基体材料的红硬性大幅度提高。日立工具技术株式会社新推出的HG系列涂层新牌号(HG8010、HG8025)则采用了所谓“三重锆效果”的CVD涂层新技术,其“第一重锆效果”就是在硬质合金基体材质中添加了锆(Zr)元素,以提高基体的抗高温变形能力;“第二重锆效果”则是用细晶柱状的锆(Zr)涂层取代通常的MT-TiCN涂层,从而提高了涂层的抗氧化性;“第三重锆效果”则是在涂层表面涂覆一层白色的锆(Zr)涂层,以提高刀具表面的润滑性、耐热性和抗剥落性。这种新型涂层牌号刀片具有良好的耐热性,特别适用于高效加工,与传统刀片相比,可提高加工效率150%,降低加工成本20~30%。
超细晶粒硬质合金得到了越来越广泛的采用。除上述几家公司的新牌号采用了超细晶粒硬质合金基体外,Kennametal公司推出的新牌号KC5525、KC5510也采用了晶粒细化的高钴硬质合金基体,拥有钴含量达10%的超级细化晶粒的硬质合金基体,配以高铝含量的TiAlNPVD涂层,使刀具在断续切削时具有很高的刃口韧性的同时,又具有极强的抗热变形能力。ISCAR公司推出的用于整体硬质合金立铣刀的“AL-TEC”涂层系列(如:IC900、IC903、IC908、IC910等)牌号,同样采用了超细晶粒硬质合金基体,配以高铝含量TiAlN(PVD)涂层,使其在铣削加工硬度高达60~62HRC的淬硬钢时,与原有的IC903牌号相比,刀具寿命提高150%。Valenite公司的用于铸铁高速车削加工的VP1595牌号,也是在超细晶粒硬质合金基体上,采用MT-CVD涂覆18μm厚的TiCN/Al2O3/TiC涂层,后刀面则涂覆了一层灰色的TiC,以便于观察刀具刃口的磨损情况和刀片转位,该牌号在粗加工球墨铸铁时,加工效率比其它K05~K10牌号提高50%。
从上述新牌号可以看出,伴随着基体材料性能的改进和提高,刀具涂层技术取得了更为迅猛的发展,中温化学涂层、柱状a-Al2O3化学涂层、高性能物理涂层、新型原子涂层、纳米结构涂层、黄色三氧化二铝化学涂层、白色锆涂层、高铝含量TiAlN涂层、TiSiN涂层、CrSiN涂层、AlCrSiN涂层、TiBON涂层等大量新型涂层呈现多样化和系列化的趋势,使硬质合金材料新牌号层出不穷,大大提高了硬质合金刀具的切削加工性能。
瑞典山高(SECO)公司继两年前推出TP1000、TP2000、TP3000三个高性能ISO-P类硬质合金涂层牌号后,新推出了号称“新行业标准”的TP2500通用型ISO-P类硬质合金涂层新牌号,它是在山高公司新一代Triple-Zero基体材质上,采用了被称为DurAtomic的涂层技术而形成的全新的硬质合金涂层牌号。DurAtomic涂层的a-Al2O3由原子长成,与通常的CVD涂层所生成的a-Al2O3相比,DurAtomic涂层具有更高的耐磨性和韧性。TP2500被设计成普通钢件车削(ISOP15~P30)的首选牌号,也可作为ISOM20和ISOK30的补充牌号。据山高公司技术人员介绍,新的TP2500刀片可提高加工效率50%以上,提高刀具寿命300%以上。
德国蓝帜金属加工技术集团倍锐特公司(LMT-BOEHLERIT)利用中温化学涂层技术开发出了“黄色氧化铝复合涂层”技术,结合该公司新开发的Durotec齿状过渡层技术,使黄色氧化铝涂层和过渡层间在具有极好的粘合性的同时,又具有良好的散热性,并推出了SteeltecLC215K和LC225K系列刀片牌号。SteeltecLC215K在切削钢材时可以达到300m/min以上的切削速度,刀片寿命比现有其它刀片提高了30%。而SteeltecLC225K则在LC215K的基础上进一步提高了刀片的韧性,使刀片使用寿命在原有的基础上又延长了30%。
纳米结构涂层(Nanocoating)技术是近年来迅速发展的涂层新技术,其涂层材料的晶粒度一般都在100nm以下,具有良好的切削性能。这次展会上,国内、外多家公司都有纳米结构涂层新牌号推出。日本住友电工硬质合金株式会社推出的超级ZX涂层牌号(ACP200、ACP300、ACK300和AC530U),采用了相互交叠的总层数达1000层的超薄TiAlN与AlCrN纳米级涂层,每层涂层的厚度约为10纳米,大幅度提高了涂层表面的硬度和抗氧化性。与传统的TiAlN涂层相比,超级ZX涂层的硬度提高了40%,开始氧化温度也提升了200℃,从而提高刀具的加工效率1.5倍;在相同切削条件下,提高刀具寿命2倍。推出纳米结构涂层新牌号的还有日本日立株式会社,该公司新推出的纳米涂层ATH、ACS系列牌号与通常的TiAlN(PVD)涂层牌号相比,具有更高的硬度和耐氧化性,其耐氧化温度达到1100℃,显微硬度达到3600HV,可适用于从预硬钢到淬火钢的高速干式切削加工。株洲钻石切削刀具股份有限公司新推出的纳米结构nc-TiAlN涂层新牌号(YBG102、YBG202、YBG302和YBG203)是在超细晶粒硬质合金基体表面涂覆2~4μm的纳米TiAlN,该系列牌号覆盖了钢、不锈钢、铸铁、耐热合金、高温合金、钛合金等大多数材料的车削和铣削加工,具有广泛的适应性。
在涂层中,通过晶粒细化技术来提高涂层表面光洁度,使涂层表面光滑,以提高涂层刀具抗摩擦、抗粘结的能力也是涂层技术发展的一个方向。日本三菱综合材料株式会社推出的高效加工钢材的专利技术UC6110超级涂层硬质合金牌号,前刀面为由抑制结晶生长的细至纳米级的TiCN与抑制结晶生长的纳米级三氧化二铝构成的纳米结构CVD涂层,具有极高的韧性和超强的耐磨损性,外表面为一层黃色的特殊Ti金属化合物,使涂层表面平滑化。后刀面为黑色的超平滑涂层,以确保刀具磨损的稳定性。住友电工硬质合金株式会社新推出的超级FF涂层牌号(AC410K、AC610M、AC630M、ACP100、ACK200),是在专用的硬质合金基体上,涂覆超细晶粒的TiCN,提高了涂层与基体的结合力,再在其上涂覆超细超平滑化的FF铝基膜,使表面硬度提高了30%,表面粗糙度降低了50%,与通常的材质相比,可提高加工效率1.5倍,提高刀具寿命2倍以上。
从这次展会所推出的硬质合金刀具材料新牌号可以看出,当前硬质合金刀具材料牌号正向着两个相反的方向发展,一方面,通用型牌号的适用面越来越广,通用性越来越强。另一方面,专用型牌号越来越具有针对性,更加适应被加工材料和切削条件,从而达到提高切削效率的目的。如:美国Kennametal公司推出的新的KU系列(KU10T、KU25T、KU30T)牌号就具有非常广泛的通用性。其中,KU10T和KU25T采用了具有高韧性的和高耐磨性的硬质合金基体,并配以高含铝量的TiN+TiAlN复合PVD涂层;而KU30T则采用了韧性极好的富钴层梯度硬质合金基体,配以TiN+TiCN+TiN复合CVD涂层。新的KU系列牌号可广泛适用于钢、不锈钢、铸铁、非钛合金、高温合金和硬材料的车削、镗孔、切槽、切断和螺纹加工。该公司新推出的KC5510和KC5525则是专为高效率加工高温合金而设计的牌号,晶粒细化的高钴硬质合金基体,配以高性能的TiAlNPVD涂层,使刀片具有极强的抗热变形能力,可以比其它PVD涂层刀具提高两倍以上的切削速度。日本Tungaloy超硬工具株式会社推出的T6000系列牌号(T6020、T6030),则是专为不锈钢车削加工开发的CVD牌号。ISCAR公司推出的专用于高速铣削加工灰铸铁和球墨铸铁的DO-TEC涂层牌号(DT7150),采用了Al2O3-MTCVD内涂层加TiAlNPVD外涂层的复合涂层技术,具有极高的耐磨性及抗剥落性。
从本次展会可以看到,金刚石CVD涂层刀具的性能又有了进一步的提高,产品覆盖了可转位刀具和整体硬质合金刀具。厦门金鹭特种材料有限公司展出了新开发的“青霜”系列超细结晶金刚石涂层立铣刀。与通常的金刚石涂层相比,“青霜”系列金刚石涂层为超细结晶,平均粒度<1μm,涂层表面更加光滑,刀具寿命可提高20倍以上。日本OSG公司也展出了适用于石墨电极和铜电极加工的超微粒结晶金刚石涂层铣刀,结晶粒度为1μm,涂层厚度6~20μm,使刀具的刃口更加锋利,减少切削中的粘结,降低了工件表面的粗糙度。美国SGS刀具公司则推出了非晶体的金刚石(AmorphousDiamond)涂层立铣刀,用以加工最具磨损特性的材料。刀具表面是沿着刀具曲面精确形成的晶莹光滑的厚度约为1μm的非晶体金刚石薄膜,其最显著的特点是使刀具在具有金刚石极高的抗磨损能力(表面硬度达60~90GPa)的同时,又具有光滑的刀具表面,降低了刀具表面与工件的摩擦,从而大大降低了切削温度。此外,非晶体金刚石涂层的另一大特点是对刀具基体材质没有特殊要求,可在任何材质的刀具基体表面涂覆,其涂覆温度仅为150℃。据介绍SGS非晶体金刚石刀具可比AlTiN涂层刀具的寿命长6倍。
2金属陶瓷材料的韧性与耐磨性进一步提高
近年来金属陶瓷材料牌号也同硬质合金材料牌号的发展一样,主要是围绕着材料基体的改进和涂层工艺技术的提高而进行。在本届CIMT上,许多知名刀具企业都有新型金属陶瓷牌号推出。其中,日本刀具公司在这一领域居于领先地位。Tungaloy超硬工具株式会社推出的NS700系列TiCN基金属陶瓷牌号(NS730、NS740)通过采用所谓“骨架强化技术”提高金属陶瓷基体中TiCN晶粒的结合力,在保持高硬度的同时增强了材料的韧性,其切削性能优于WC基硬质合金。该公司新推出的GT700系列涂层金属陶瓷牌号(GT720、GT730),则是在经过骨架强化的金属陶瓷基体表面涂覆平滑的Ti(C,N,O)系涂层,其表面硬度和耐磨性比NS700系列进一步提高。住友电工硬质合金株式会社推出了专用于钢件车削的金属陶瓷牌号T1200A和专用于钢件铣削的金属陶瓷牌号T250A,新牌号与以往的金属陶瓷牌号相比,韧性提高了2~3倍。三菱综合材料株式会社推出了车削用金属陶瓷新牌号NX3035,采用具有高热传导性、高结合力的特殊粘结相,硬质相晶粒的结合力得到了提高,可减少热龟裂与微小崩刃的发生,从而大幅度提高了刀片的耐热冲击性。黛杰工业株式会社则在该公司原有的金属陶瓷系列的基础上,通过在基体中添加WC、TaC、TiN、TaN等合金,提高材料基体的抗弯强度,在结合剂中添加Co,并通过控制烧结工艺使强韧基体表面硬化(2300HV),新推出了通用性更为优良的CX系列金属陶瓷牌号(CX50、CX75、CX90和CX99)。
3新的熔炼高速钢刀具材料
在高速钢刀具方面,日本不二越株式会社在这次展会上推出了用新的熔炼高速钢制作的DUAL涂层滚刀,该滚刀为加长结构,采用特殊HyperDuAl复合PVD涂层,比通常的TiAlN涂层有更高的红硬性,可用于干式滚削加工,切削速度可达200m/min,寿命比通常的高速钢滚刀提高5倍。
4创新的陶瓷、CBN、PCD等超硬刀具材料牌号和刀片结构,扩大了应用领域,推进了高速切削、干切削的发展
在本次展会上,许多刀具制造商都有新的陶瓷刀具牌号推出。如:Kennametal公司推出了KY1525、KY1310和KY4300等陶瓷新牌号,其中,KY1525为晶须强化Al2O3陶瓷,适用于高温耐热合金的精加工或通用加工。而KY1310则为最新的SiAlON陶瓷,具有极高的耐磨性,通常用于灰口铸铁的高速连续车削加工,也可用于车削硬化表皮工件。KY4300是Al2O3和SiC晶须混合结构陶瓷,在加工高温耐热合金和高硬度铸铁材料时,具有良好的韧性。株洲钻石切削刀具股份有限公司推出了Si3N4基陶瓷牌号CN1000、CN2000和Al2O3+TiCN基陶瓷牌号CA1000,其中CN1000和CN2000的抗弯强度均达到了900MPa以上,可对淬火钢、灰口铸铁进行连续、断续车削。韩国TaeguTec公司推出了新型陶瓷牌号AB2010,它采用在氧化铝陶瓷基体上涂覆TiN黄色涂层(PVD),其切削性能优于通常的TiCN基陶瓷牌号,黄色的表面则便于观察刀具的磨损情况,主要应用于高硬材料(>40HRC)的车削,也可作为CBN的替代牌号。山特维克可乐满公司的CT5005无镍金属陶瓷车刀片,是用于超精加工的新牌号,适用于高效干切削或湿切削。
CBN(立方氮化硼)和PCD(聚晶金刚石)刀具的新进展,一方面是在基体材料的改进和涂层技术的应用上:Kennametal公司推出的CBN新牌号KB9610,采用了在低含量CBN基体上涂覆TiN/Al2O3/TiCN(CVD)涂层,既提高了刀片基体的强度,又提高了刀具表面的抗月牙洼磨损能力,可广泛应用于轴承钢、热轧或冷拔钢、高速钢、模具钢、渗碳和渗氮硬化材料的加工;三菱综合材料株式会社推出的高硬度加工用通用涂层CBN牌号MBC020,采用了在该公司“粉末活性烧结法”烧制的韧性CBN基体上涂覆专用于CBN材料的MIRACLE涂层技术,实现了超越以往CBN材料的通用性;日本京瓷切削工具公司推出的超微粒子PCD牌号KPD001,其PCD基体的金刚石平均粒度从原来的10μm降到1μm,使刀片既具有锋利的刃口,提高了加工表面的光洁度,又具有良好的刃口强度,提高了刀具的抗磨损、抗崩刃性能。另一方面,超硬刀具的新进展则更突出的表现在刀具几何结构的改进和创新上:山特维克可乐满公司的公司为解决在切削肩部、掏槽和仿形加工等大切削深度加工中CBN刀具易打刀的问题,推出了获得专利的“Safe-Lok多圆角技术”并应用于新的CBN刀片牌号CB7015、CB7025、CB7020中。Safe-Lok是一种机械锁定的CBN刀片钎焊结构,与通常的CBN刀片钎焊结构相比,Safe-Lok的CBN焊接位置远离切削加工的热区域,从而提高了CBN的可靠性;同时,Safe-Lok结构又使CBN刀片拥有了整体的大圆角,为大切深加工提供了保证,再配以细晶粒的多晶CBN新牌号,使得新的CBN刀片具有更高的切削加工效率和更长的刀具寿命。刀片上带断屑槽和修光刃也是CBN和PCD刀具结构创新的重要方面,这次展会上许多刀具厂商都有带断屑槽和修光刃的超硬刀具产品展出。如Tungaloy超硬工具株式会社配合新推出的BXC30、BX530等涂层CBN刀片新牌号,开发了用于精加工的HF断屑槽和用于粗加工的HM断屑槽,能有效地折断切屑,防止长屑的形成,进一步提高了CBN刀具的切削加工性能。又如:住友电工硬质合金株式会社、TaeguTec公司、SandvikCoromant公司、京瓷切削工具公司等均有带修光刃的超硬刀具产品推出。通过在超硬刀片的刃口处修磨出修光刃,既可提高被加工工件的表面光洁度,又可提高加工的进给量,从而大大提高了加工效率。此外,一些公司还推出了不需重磨的一次性多角刀片,即在一片刀片的几个切削角(或上、下面)上都焊有CBN或PCD,可以像硬质合金可转位刀片一样,使用多个刀角,在降低刀具使用成本的同时,提高了加工效率。除车削类超硬刀片结构创新外,铣削类超硬刀具的应用范围也日益广泛。如:OSG公司推出的小径CBN超级球头铣刀,其球头部位带月牙槽,导屑槽则为螺旋形,最小球头半径可达R0.2mm,实现了高硬度(~68HRC)模具的镜面加工。
5PVD涂层装备及工艺技术发展迅速
在本届展览会上既可看到刀具制造商在应用涂层技术开发新的涂层牌号方面所取得的成绩,也可以看到专业涂层公司为开发新的PVD涂层技术和装备所取得的进展。
瑞士Balzers公司在展会上展示了在BAIl200和RCS等新型PVD涂层设备上开发的BALINITALCRONA、BALINITX.CEED、BALINITFUTURANANO、BALINITHELICA等新型涂层。其中,BALINITALCRONA是该公司目前最具代表性的涂层——无钛涂层,被称为第六代(G6)涂层,而BALINITHELICA则是专用于钻头的第二种G6涂层,为古铜色铝铬基(AlCr-bassed)多层涂层,其显微硬度达3000HV,温度可达到1100℃,使得钻头在钻孔加工时,具有更强的抗磨损性,较大的切变强度,更低的附着倾向,较高的韧性和光滑的表面,钻孔性能得到了进一步提高。
德国CemeCon公司推出了新型号PVD涂层设备CC800/9JET,新的设备具有小巧的外观,模块化的结构,从而大幅度地降低了设备价格,特别适用于小批量涂层生产的要求,而这种小巧的、模块化组装的设备同样可以提供CemeCon公司其它CC800大型设备的所有性能。而该公司新的涂层技术为基于双极脉冲原理的H.I.P专利技术,可以在<212°F(100℃)的温度下进行高效、高性能涂层,在此基础上开发的SUPERTINSN2(ALOXSN2和TINALOXSN2)纳米复合涂层被称为几乎没有残余应力的涂层,是一种致密立方晶格超级氮化物。常规制作的涂层内不可避免地存在很高的残余压应力,这尽管可获得满意的涂层硬度,但却使涂层与基体的结合强度大大下降,从而降低涂层耐冲击的能力,不利于刀具在粗加工时的切削性能。新开发的ALOXSN2和TINALOXSN2涂层几乎没有残余应力且不降低涂层硬度,微硬度达3500HV,使用温度也可达到1000℃,该涂层与传统的氮化钛相比除具有更高的表面硬度外,还具有良好的抗高温性能,可用于铸铁、不锈钢及高温合金的切削加工。此外,CemeCon公司还在展会上推出了适用于汽车行业齿轮刀具的第二代SUPERTINAlTiN纳米复合涂层工艺新技术——HYPERLOX和HYPERLOXGOLD涂层,新的HYPERLOX涂层实现了TiN与TiAlN之间晶粒与晶粒的结合,使涂层的性能优于晶态与非晶态的结合,其显著特点是涂层表面硬度和光洁度进一步提高,而涂层与基体的结合力却没有降低,其显微硬度高达3700HV,使用温度可达到1100℃,用于涂覆齿轮滚刀时,可在滚刀的齿根部、齿顶部和齿的边缘处附着同等质量的涂层,既可适用于高速滚削也可用于低速滚削,加工效率和刀具寿命大大提高。
德国SulzerMetco公司推出了应用“AEGD电弧增强辉光放电”专利技术开发的MAXIT系列PVD涂层设备(MZR303、MZR333、MZR343)以及纳米晶体AlTiN-Saturn涂层和添加铌元素的AlTiN-mod纳米涂层。与溅射技术相比,电弧增强辉光放电在沉积过程中产生的等离子的密度高且能量极大,离化率达到了100%,因此生成的耐磨涂层相对溅射工艺而言,其硬度、密度以及结合力等指标均更高。AlTiN-Saturn涂层为纳米晶体结构的高铝含量单层涂层,硬度达3300HK,应力为-2.5GPa,粗糙度0.05~0.15μm,工作温度可达900~1000℃,涂层厚度约1~5μm。由于该涂层的铝含量高,在切削过程中涂层刀具表面会生成一层薄的Al2O3保护膜,并在使用过程中不断自我更新。再加上结构的致密性,因此AlTiN-Saturn涂层与普通的AlTiN涂层相比,具有更好的抗氧化性。据介绍,该涂层用于铣削加工Ti6Al4V钛合金(Vc=60m/min,fz=0.05mm,ap=12mm)时,刀具寿命可以比TiAlN涂层提高40%。而AlTiN-mod涂层则是专门为硬切削加工(≥62HRC)设计的涂层。由于电弧工艺过程中离子能量极高且添加了特殊金属成分,所获得的涂层与基体的结合力非常好,且特殊金属成分抑制了对被加工工件的粘结倾向,因此该涂层尤其适合于粘性强、硬度高的材料加工领域。
从上述情况可以看出,随着材料科学的进展,涂层技术已成为工具制造业的一项关键技术,特别是PVD涂层技术,目前正处在蓬勃发展期,其发展速度超出了人们的想象。首先,PVD涂层材料已从TiN、TiCN、TiAlN发展到现在的TiSiN、CrSiN、AlCrN、AlCrSiN、TiBON、ZrN、CrN甚至Al2O3等几十种涂层材料,并针对不同的切削加工应用条件,可对薄膜成分、结构、晶粒度等进行选择和控制,通过恰当的工艺手段,获得多层、梯度、纳米及纳米复合结构涂层,达到满意的切削效果。其次,通过提高涂层表面光洁度来提高涂层刀具抗摩擦、抗粘结的能力也是各刀具厂商提高刀具性能的一个重要手段。如:CemeCon公司提出了润滑薄膜涂层的概念,即在薄膜TiAlBN结构中,通过硼向表面的扩散,形成BN、B2N3,从而得到有利于切削加工的润滑膜层。又如日本日立株式会社开发的在Cr中添加Si的CrSiN润滑涂层和高温下具有低摩擦系数的TiBON涂层等。日本不二越株式会社为GS立铣刀开发的GS涂层,采用平滑化技术,涂层表面的粗糙度Ra=0.08μm,Rz=1.1μm,显著改善了涂层表面的特性。此外,为满足高速、高效及干式切削加工对涂层薄膜的红硬性要求,还可通过提高薄膜中Al的含量,即所谓的AlTiN涂层(Al含量大于50%),来获得优异的高温性能,这也是PVD涂层技术的一个发展方向。