涂层考虑因素与选择

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浏览：205 发布日期：2018-11-03 19:01:20【大中小】

涂层考虑因素与选择

对涂层性能的要求可能迥然不同。在切削时刃口温度很高的加工条件下，涂层的耐热磨损性能就变得极其重要。人们期望，现代涂层还应具有以下特性：优异的高温性能、抗氧化性能、高硬度（即使在高温条件下），以及通过纳米结构层设计而具有的微观韧性（塑性）。

对高效刀具而言，优化的涂层粘附性和合理分布的残余应力是两个决定性因素。首先，需要考虑基体材料与涂层材料的相互作用。其次，涂层材料与被加工材料之间应具有尽可能小的亲和性。通过采用适当的刀具几何形状和对涂层进行抛光的方式，可以显著降低涂层与工件发生粘结的可能性。
铝基涂层（如AlTiN）是切削加工行业常用的刀具涂层。在切削高温作用下，这些铝基涂层可以形成薄而致密的氧化铝层，而氧化铝层在加工中可以不断自我更新，并保护涂层和其下的基体材料不被氧化侵蚀。

通过改变铝含量和涂层结构，可以调整涂层的硬度和抗氧化性能。例如，通过增加铝含量，采用纳米结构或微合金化（即与低含量元素合金化），就可以改善涂层的抗氧化性能。
除了涂层材料的化学成分以外，涂层结构的变化也会显著改变涂层的性能。不同的刀具性能取决于涂层微观结构中各种元素的分布状况。
如今，可将几种具有不同化学成分的单一涂层组合成复合涂层，以获得所需的性能。这种趋势今后还将不断发展——尤其是通过新的涂层系统与涂层工艺，如将三种高离子化涂层工艺组合到一起的HI3（High Ionization Triple）电弧蒸发与溅射混合涂层技术。
作为一种全能型涂层，钛硅基（TiSi）涂层可以提供优异的加工性能。此类涂层既可用于加工具有不同碳化物含量的高硬度钢（芯部硬度高达65HRC），也能用于加工中等硬度钢（芯部硬度40HRC）。为了适应不同的加工用途，可对涂层结构的设计进行相应调整。因此，钛硅基涂层刀具可用于切削加工从高合金钢、低合金钢到淬硬钢和钛合金的各种工件材料。在平面工件（硬度为44HRC）上进行的高光洁度切削试验表明，涂层刀具可使刀具寿命提高近两倍，加工表面粗糙度减小10倍左右。
钛硅基涂层可最大限度地减少后续的表面抛光处理。此类涂层将有望应用于切削速度高、刃口温度高、金属去除率高的加工中。
对于其他一些PVD涂层（尤其是微合金化涂层），涂层公司也与加工企业密切合作，研究开发各种优化的表面处理方案。因此，在加工效率、刀具使用、加工质量，以及材料、涂层与加工之间的相互作用等方面，都可能获得很大的改善，并得到实际应用。通过与专业涂层伙伴合作，用户就可以在刀具的整个生命周期中提高其使用效率。

参考资料：涂层概述

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