刀具镀膜技术

　　刀具镀膜技术中国地质大学(北京10008 )我国使用的工具(刀具)中镀膜工具不到10%，而美国现在使用的镀膜工具超过90%.由于我国刀具质量低下，国产刀具在精加工、硬材料加工、粘性材料(镍、铬钢等)加工、特种材料加工中都难以运用，特是数控机床、加工中心上使用的刀具几近全部进M，：，刀具镀膜以其优良的性能价格比，将成为必然趋势。

　　我国目前生产的刀具使用寿命低的原因有两方面：1是硬质合金基本强度太低;二是刀具无镀膜或镀膜工艺技术不过关。

　　1.我国刀具相对国外刀具的差距仅以(Ti、Al)N膜刀具来讲，在Sandvik、Noton、Walter等国际著名品牌的镀膜刀具之间，性能上相差不大。但进口刀具的寿命比我国镀(Ti、Al)N复合膜的刀具高数倍以上。这里有镀膜水平的差别，也有刀具基体质量上的差别。

　　硬质合金刀具基体材料国内的硬质合金生产厂主要分布在株洲、自贡、牡丹江等地，年产量均在儿千吨以上。对硬质合金基体制造，国内存在的问题是刀具中硬质相粒度大，自然裂纹缺陷多，合金体疏松，孔隙度大，强度低。

　　国外产品采用比例粒度混合――热等静压烧结或冷等静压成型、压力烧结工艺。硬质相粒度搭配公道，合金体致密，孔隙度小，强度高。但也存在生产成本高的问题。

　　对刀具基体材料研究，国外向纳米材料混人混合粒度硬质相热等静压烧结成型刀具发展。加拿大艾的蒙顿大学研究的此类混合粒度硬质相热等静压烧结成型刀具可提高寿命20%. TN膜：这一类镀膜刀具是20世纪80年代技术，在国内外用的最普遍。国内部分厂家可生产。

　　TN+Ti(C，N)+TiC复合膜：是90年代技术，膜层硬度高，刀具寿命较TiN膜刀具寿命篼，膜层内应力较高，C对真空有污染。国内部份研究单位可做刀具样品。

　　(Ti，A1)系列复合膜：是90年代末的镀膜技术，膜层硬度高，红硬性好，减摩性好，合适高速切削、粘性材料切削。此类镀膜刀具在中国地质大王成彪顾艳红孙维连学工程技术学院可批量生产。

　　金刚石膜：硬度最高，适合非碳钢类材料切削。

　　硬度可变范围极大。根据掺杂的杂质不同，膜层用途也大不相同。DLC刀具无论从性能或是刀具的运用范围都是目前研究领域最引人关注的。这一技术领域中，美同ART公司的生产技术最为领先。

　　近年来的研究表明：纳米复合膜能大幅度提高硬质膜的硬度，如TiN/NbN纳米复合膜的硬度到达51GPa(TiN单层膜硬度是21GPa，NbN是MGPa)，接近金刚石膜、超过类金刚石膜的硬度。

　　刀具镀膜的目的不但仅是提高耐磨寿命，还要提减摩性能，以到达提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及刀具在切削时不加切削液或少加切削液的H的。另一方面，减摩性好，刀具切削刃发热少。也起到延长寿命的作用。

　　为了兼顾刀具镀膜既要求高硬度耐磨，也要求自润滑的功能，纳米梯度材料耐磨减摩复合膜研究已经成为刀具镀膜技术研究中的前沿方向。

　　(Ti，Al)N系列薄膜研究(TiAl)N涂层刀具在高温连续切削时的性能优于氮化钛。(TM1)N的稳定性好，因此其高温切削性能比TiN好。采取多弧离子镀膜技术制备以下介绍(TiAl)N膜的有关性能。本研究是在原来真空阴极电弧沉积超硬TiN薄膜的优化工艺基础上，用钛铝合金靶代替钛靶沉积性能更为优良的(T：、Al)N薄膜，并对其组织结构及性能进行了研究。

　　已有的研究表明(Ti、Al)N的晶体结构为A1原子取代TiN晶格中的部分Ti原子并保持TiN的晶格。

　　元素深度散布谱见。由可以计算出薄膜表面Ti、A1的原子百分比，见表2.表2靶成分与膜表面成分俄歇微探针分析结果靶比例原子比(Ahl‘i)而-由千偏压的作用，沉积到表面的A1，由于其;于被溅射掉。当atm 50%Al I：于靶中的A1含量u由于A1 能全部与构成化合物。

　　下结论：刀具行业的发展方向，耐磨减摩具镀膜技术研究中的前沿方向。下，(Ti、A)N膜层主要由面的(T1.5A1u.5)相组。

　　时，膜层一基体之间的结合力N复合膜硬质合金刀具镀膜生产。产实践证明镀膜刀具在切削含性钢材时，较未镀膜的硬质合金以上。