涂层刀具的种类及应用介绍

为了提高刀具性能，通过涂层的方法在韧性较好的刀具基体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，将刀具基体与硬质涂层相结合，以此提高刀具的表面硬度，改善刀具的耐磨性、润滑性。

根据涂层刀具基体材料的不同，涂层刀具可分为高速钢涂层刀具、硬质合金涂层刀具、陶瓷涂层刀具、金刚石涂层刀具和立方氮化硼涂层刀具等。硬质合金涂层刀具就是通过化学气相沉积和真空溅射等方法，在硬质合金刀片表面喷涂一层厚度为5～12μm以下的TiC、TiN或A3120等化合物材料。根据涂层方法不同，涂层刀具可分为化学气相沉积（CVD）涂层刀具和物理气相沉积（PVD）涂层刀具。在硬质合金刀具基体上，涂层一般采用化学气相沉积法（CVP法），沉积温度为1000℃左右，在高速钢刀具基体上涂层一般采用物理气相沉积法（PVD法），沉积温度为500℃左右。

涂层刀具具有较高的抗氧化性能和黏结性能，既保持了基体良好的韧性和较高的强度，又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低摩擦因数，降低了切削力和切削温度。在硬质合金刀具基体上涂上5～6μm厚的TiC涂层后，其表层硬度可高达2500～4200HV。

涂层方式有单涂层、多涂层、梯度涂层、超硬薄膜涂层、软/硬复合涂层等，如图1-37所示。

图1-37 典型的涂层结构

常用的涂层材料是TiC、TiN、TiCN、Al₂O₃等，涂层材料已由最初的TIC和TiN涂层发展到复合多涂层，如TiC、TiN、TiCN、TiC/TiCN/TiN、TiC/A1203、TiC/A1203/TiN、TRAIN等及其组合。它们的共同特点就是硬度很高、化学稳定性好、抗扩散磨损、摩擦因数小，从而使切削力较小，切削温度降低，使刀具的切削性能显著提高。(www.xing528.com)

TiC涂层是目前应用最多的一种涂层材料，有良好的抗磨损和抗月牙洼磨损能力。容易扩散到基体内，与基体粘结牢固，在低切削温度下有较高的耐磨性。通常用于产生剧烈磨损材料的场合。

TiN涂层的硬度稍低于TiC，对金属的亲和力小，润湿性能好。目前，工业发达国家TiN涂层高速钢刀具的使用率已占高速钢刀具的70%，具有较高的抗月牙洼磨损的能力，与基体粘结牢固程度较差。

Al₂O₃涂层具有良好的化学稳定性、热稳定性和较高的抗氧化性。Al₂O₃涂层在高温下能保持良好的化学稳定性和热稳定性，适用于高速切削。

TiCN涂层具有TiC和TiN的综合性能，其硬度高于TiC和TiN。为了显著提高刀具的寿命，可将TiCN用于刀具的主耐磨层。TiCN是一种较为理想的刀具涂层材料。

TiAlN涂层化学稳定性好，硬度高，抗氧化、抗粘接和抗扩散磨损能力强。在高速切削时，效果明显。特别适合于加工耐磨材料，如灰铸铁、硅铝合金等。

目前，国外涂层硬质合金可转位刀片的涂层比例在70%以上，广泛用于各种钢件、铸铁和不锈钢、高温合金的加工。目前，涂层技术已应用于立铣刀、剃齿刀、插齿刀、成形拉刀、铰刀、齿轮滚刀及各种机夹可转位刀片中，以满足高速切削加工的需要。