PVD涂层能够延长工具使用寿命

文摘:物理气相沉积(PVD)常用于切削刀具,以延长其使用寿命和提高其硬度。当然,不同的应用有其特定的涂层,可以达到最佳的应用效果。通常,AlTiN(氮化铝钛)是一种常见的工具涂层。对于一些特殊的加工材料,Al2O3涂层可以达到更好的效果。

1导言

在加工过程中,刀具会受到多种损伤,如切削热、高压、磨损和热振荡。刃口温度会超过1000?丙.这种极热会破坏工具材料的每种成分和其他成分的结合力,还可能导致工具和被加工材料之间的有害化学反应。磨损是切削过程中经常发生的过程:刀具和待加工材料之间的接触面将承受大于140bar(2000Psi)的压力。热振荡:切削刀具的快速加热和冷却是机械加工过程中非常常见的情况;在切割过程中,刀片被加热,当它离开切割表面时,刀片被冷却。机械振动经常发生在加工断续表面时。根据具体操作和被加工工件的情况,机械振荡有时会起到车削的作用。当被加工的材料粘在刀具表面(形成碎屑块)时,经常会发生磨损。

2 AlTiN涂层

为了解决切削过程中的上述不利因素,许多刀具都采用电弧沉积技术在PVD设备上沉积了一层AlTiN涂层。AlTiN涂层主要用于干式高速切削,具有硬度高(HV > 30 GPA)、耐磨性好、抗高温氧化(850?c)和低导热率。

氧化铝Al2O3涂层

有些应用需要特殊涂层,如氧化铝涂层。例如,硬质合金刀片上的氧化铝涂层具有抗凹坑和抗热裂的优点。氧化铝涂层叶片通常采用CVD(化学气相沉积)法沉积,但存在一些缺点:由于是高温沉积(1000?c),硬质合金的脆化会影响刀片在金属切削中的应用,尤其是在铣削加工中。氧化铝的PVD涂层是由于其较低的沉积温度范围(通常在350?c到600?c)带来很多好处。特别是它的高温稳定性、化学稳定性和低热导率是它优于其他涂料的优点。与传统的PVD涂层相比,PVD氧化铝涂层在铣削不锈钢或切削难切削材料时表现出更好的性能。

通过分析AlTiN涂层与氧化铝涂层的界面微观结构,氧化铝涂层与面心立方晶格AlTiN结合良好。结构分析表明,氧化铝涂层为含有γ相的非晶态铬结构。晶粒尺寸约为5 ~ 10 nm。初始切割试验是使用标准SP12刀片干磨CrMo4钢。

4混合涂布设备

PVD镀膜设备采用混合镀膜技术:阴极电弧蒸发技术和磁控溅射技术混合在一个工艺中。混合技术结合了PVD硬质薄膜、优异的耐磨性、低摩擦系数和低化学活性的优点。电弧涂层作为结合层,为整个涂层提供必要的耐磨性;氧化铝涂层具有温度和化学稳定性。

在沉积之前,工件被加热到处理温度,并且系统被抽吸到基础压力。然后工件被氩离子或金属离子蚀刻。然后沉积arc层,在金属靶和氩氧混合气体的条件下溅射得到arc层顶部的氧化铝涂层。此外,氧化铝涂层在某些特殊情况下也可以作为单独的涂层使用。氧化铝涂层是通过溅射阴极的独特设计结合工艺气体的优化设计系统沉积的。电磁感应线圈形成的闭路磁场在工件附近形成高电离率的等离子体,从而达到所需的涂层性能。该技术的优点是工艺过程易于控制,沉积过程稳定一致。沉积速率(≥0.5μm/h)完全可以满足工业生产的需要。

结论5

电弧技术沉积的工具涂层,如AlTiN涂层,可以进一步提高工具的应用性能。镀膜技术的下一步发展应该是基于电弧技术和溅射技术的混合技术。正是这两种技术的结合形成了工具应用程序性能新突破的基础。