刀具涂(tu)層(ceng)材料(liao)介紹(shao) 刀具涂(tu)層(ceng)材料(liao)哪種好(hao)

1.金剛石、類金剛石（DLC）涂層

金(jin)剛(gang)(gang)石涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)是新型刀(dao)具涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)材(cai)(cai)料(liao)之一。它利用低壓化學氣相沉積技術(shu)在硬質合金(jin)基(ji)體(ti)上生長出一層(ceng)(ceng)由(you)多晶組(zu)成的金(jin)剛(gang)(gang)石膜，用其加(jia)工(gong)硅鋁合金(jin)和(he)銅(tong)合金(jin)等有色(se)金(jin)屬、玻璃纖維等工(gong)程材(cai)(cai)料(liao)及硬質合金(jin)等材(cai)(cai)料(liao)，刀(dao)具壽(shou)命是普通硬質合金(jin)刀(dao)具的50～100倍。金(jin)剛(gang)(gang)石涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)采(cai)用了許多金(jin)剛(gang)(gang)石合成技術(shu)，最普通的是熱絲法(fa)、微波等離子(zi)法(fa)和(he)DC等離子(zi)噴射(she)法(fa)。通過改(gai)進涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)方(fang)法(fa)和(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的粘(zhan)結，已生產(chan)出金(jin)剛(gang)(gang)石涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)刀(dao)具，并(bing)在工(gong)業上得到(dao)了應用。

近年(nian)來，美國(guo)、日本和(he)瑞(rui)典等(deng)(deng)國(guo)家都已相繼推出了金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)絲錐、鉸刀、銑刀以及用(yong)于加(jia)工印刷線(xian)路板(ban)上的(de)(de)(de)小孔金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)硬質合(he)金鉆頭及各種可轉位刀片，如瑞(rui)典Sandvik公(gong)(gong)司的(de)(de)(de)CD1810和(he)美國(guo)Kennametal公(gong)(gong)司的(de)(de)(de)KCD25等(deng)(deng)牌號產品。美國(guo)Turchan公(gong)(gong)司開(kai)發的(de)(de)(de)一種激光等(deng)(deng)離子體沉積(ji)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)新工藝，用(yong)此(ci)法(fa)沉積(ji)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)，由于等(deng)(deng)離子場包圍整(zheng)個(ge)刀具，刀具上的(de)(de)(de)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)均(jun)勻，其沉積(ji)速(su)度(du)比常規(gui)CVD法(fa)快1000倍。此(ci)法(fa)所成(cheng)的(de)(de)(de)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)與基(ji)體之間產生(sheng)真(zhen)正的(de)(de)(de)冶金結合(he)，涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)強度(du)高，可防止涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)脫落、龜(gui)裂和(he)裂紋等(deng)(deng)缺(que)陷。CemeCon公(gong)(gong)司具有特(te)色的(de)(de)(de)CVD金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)技術(shu)，2000年(nian)建立(li)生(sheng)產線(xian)，使(shi)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)技術(shu)達到工業化生(sheng)產水平，其技術(shu)含量高，可以批量生(sheng)產金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)。

類金(jin)剛石涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)對某(mou)些(xie)材料(Al、Ti及其(qi)復合材料)的(de)(de)(de)(de)(de)機械加工方面(mian)具有明(ming)顯優(you)勢(shi)。通過低壓氣相(xiang)沉積(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)類金(jin)剛石涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，其(qi)微觀結(jie)構與天然(ran)金(jin)剛石相(xiang)比(bi)仍有較大差異。九十年代，常采用激活(huo)氫(qing)(qing)(qing)存在(zai)下的(de)(de)(de)(de)(de)低壓氣相(xiang)沉積(ji)(ji)DLC，涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中含有大量(liang)氫(qing)(qing)(qing)。含氫(qing)(qing)(qing)過多將降低涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)合力和硬(ying)度(du)，增大內應力。DLC中的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)在(zai)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)下會慢慢釋放出來，引起涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)工作(zuo)不穩定。不含氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)DLC硬(ying)度(du)比(bi)含氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)DLC高(gao)，具有組織(zhi)均勻(yun)、可大面(mian)積(ji)(ji)沉積(ji)(ji)、成(cheng)本低、表面(mian)平整等(deng)優(you)點(dian)，已成(cheng)為(wei)近年來DLC涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)研究的(de)(de)(de)(de)(de)熱點(dian)。美國科(ke)學(xue)家A.A.Voevodin提(ti)出沉積(ji)(ji)超(chao)硬(ying)DLC涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構設計為(wei)Ti-TiC-DLC梯(ti)度(du)轉變涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，使硬(ying)度(du)由較軟的(de)(de)(de)(de)(de)鋼基體逐漸提(ti)高(gao)到表層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)超(chao)硬(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)DLC涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。這類復合涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)既保持了(le)高(gao)硬(ying)度(du)和低摩(mo)擦(ca)系數，又(you)降低了(le)脆性，提(ti)高(gao)了(le)承載力、結(jie)合力及磨損抗(kang)力。日(ri)本住友(you)公司推出了(le)在(zai)硬(ying)質合金(jin)刀片(pian)上涂(tu)(tu)(tu)覆金(jin)剛石DLC的(de)(de)(de)(de)(de)DL1000涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，用于切(qie)削鋁合金(jin)和非鐵金(jin)屬，抗(kang)粘(zhan)結(jie)，能有效(xiao)降低已加工表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)粗(cu)糙度(du)。

經過多(duo)年的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)明(ming)：由于(yu)類(lei)(lei)金剛(gang)(gang)石涂(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)內(nei)應(ying)力(li)高、熱穩定(ding)性差及與黑色金屬間的(de)(de)(de)(de)觸媒效(xiao)應(ying)使SP3結(jie)構向SP2轉變等缺點，決定(ding)了它(ta)目(mu)前只能應(ying)用(yong)于(yu)加(jia)(jia)工(gong)有色金屬，因而限(xian)制了它(ta)在(zai)機加(jia)(jia)工(gong)方面的(de)(de)(de)(de)進(jin)一步應(ying)用(yong)。但是近年來的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)明(ming)，以(yi)SP2結(jie)構為主的(de)(de)(de)(de)類(lei)(lei)金剛(gang)(gang)石涂(tu)層(ceng)(也(ye)稱為類(lei)(lei)石墨涂(tu)層(ceng))硬度也(ye)可(ke)達(da)到(dao)20～40GPa，卻不存在(zai)與黑色金屬起(qi)觸媒效(xiao)應(ying)的(de)(de)(de)(de)問(wen)題，其摩擦系數很低又有很好的(de)(de)(de)(de)抗濕性，切削(xue)(xue)時可(ke)以(yi)用(yong)冷卻劑也(ye)可(ke)用(yong)于(yu)干切削(xue)(xue)，其壽命(ming)比無涂(tu)層(ceng)刀有成倍的(de)(de)(de)(de)提高，可(ke)以(yi)加(jia)(jia)工(gong)鋼(gang)鐵材料，因而引(yin)起(qi)了涂(tu)層(ceng)公司、刀具廠家的(de)(de)(de)(de)極大興趣。假(jia)以(yi)時日，這種(zhong)新型(xing)的(de)(de)(de)(de)類(lei)(lei)金剛(gang)(gang)石涂(tu)層(ceng)將會在(zai)切削(xue)(xue)領域得到(dao)廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。

2.立方氮化硼(CBN)涂層

CBN是繼人工(gong)合成金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)之后(hou)出現的(de)另一(yi)種(zhong)超硬材料(liao)，它除(chu)了(le)具(ju)有許多與金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)類似的(de)優異(yi)物(wu)理(li)、化(hua)(hua)學特性(xing)（如超高(gao)(gao)(gao)硬度(du)(du)，僅次(ci)于(yu)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)，高(gao)(gao)(gao)耐(nai)磨性(xing)，低摩擦系(xi)數，低熱膨脹(zhang)系(xi)數等(deng)）外，同(tong)時(shi)還具(ju)有一(yi)些優于(yu)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)特性(xing)。CBN對(dui)于(yu)鐵(tie)(tie)、鋼和氧化(hua)(hua)環境具(ju)有化(hua)(hua)學惰性(xing)，在氧化(hua)(hua)時(shi)形成一(yi)薄層氧化(hua)(hua)硼，此(ci)氧化(hua)(hua)物(wu)為涂層提供了(le)化(hua)(hua)學穩定性(xing)，因此(ci)它在加(jia)(jia)工(gong)硬的(de)鐵(tie)(tie)材、灰鑄鐵(tie)(tie)時(shi)耐(nai)熱性(xing)也極為優良，在相當高(gao)(gao)(gao)的(de)切(qie)(qie)削溫度(du)(du)下也能切(qie)(qie)削耐(nai)熱鋼、淬(cui)火鋼、鈦合金(jin)(jin)(jin)等(deng),并能切(qie)(qie)削高(gao)(gao)(gao)硬度(du)(du)的(de)冷(leng)硬軋輥、滲碳淬(cui)火材料(liao)以及對(dui)刀具(ju)磨損非常嚴重(zhong)的(de)硅鋁合金(jin)(jin)(jin)等(deng)難加(jia)(jia)工(gong)材料(liao)。

自1987年(nian)Inagawa等(deng)成(cheng)功(gong)地制備了出(chu)純(chun)的(de)(de)(de)CBN涂(tu)層(ceng)以來，在(zai)國際上掀起了CBN硬(ying)質(zhi)涂(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)研究熱潮。低壓(ya)氣(qi)相合(he)成(cheng)CBN涂(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)方法主(zhu)要有CVD和PVD法。CVD包括化學輸運PCVD，熱絲輔助加(jia)熱PCVD，ECR－CVD等(deng)；PVD則有反應離子束(shu)鍍(du)、活性反應蒸鍍(du)、激(ji)光蒸鍍(du)離子束(shu)輔助沉(chen)積(ji)法等(deng)。研究結(jie)果表(biao)明：在(zai)合(he)成(cheng)CBN相、對硬(ying)質(zhi)合(he)金(jin)基體(ti)的(de)(de)(de)良好粘(zhan)結(jie)和合(he)適(shi)的(de)(de)(de)硬(ying)度等(deng)方面已取得了進展，目前(qian)沉(chen)積(ji)在(zai)硬(ying)質(zhi)合(he)金(jin)上的(de)(de)(de)立方氮化硼最大僅(jin)為0.2～0.5μm，若想達(da)到商品化，則必須采用可靠的(de)(de)(de)技術(shu)來沉(chen)積(ji)高純(chun)的(de)(de)(de)經(jing)濟的(de)(de)(de)CBN涂(tu)層(ceng)，其(qi)厚(hou)度應在(zai)3～5μm，并在(zai)實際金(jin)屬(shu)切削加(jia)工中證實其(qi)效果。

3.CNx涂層

二十世(shi)(shi)代(dai)八十年代(dai)，美國(guo)科(ke)學家Liu和(he)Cohen設計了類似β-Si3N4新型化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)β-C3N4，采(cai)用(yong)固體(ti)物(wu)理和(he)量(liang)子化(hua)(hua)學理論，計算出它的(de)(de)硬度可能(neng)達到(dao)金(jin)剛石，這(zhe)引起(qi)了世(shi)(shi)界各國(guo)科(ke)學家的(de)(de)關注。合(he)(he)成(cheng)(cheng)氮(dan)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)成(cheng)(cheng)為世(shi)(shi)界材料科(ke)學領域的(de)(de)熱門(men)課題。日本(ben)Okayama大學的(de)(de)FFujimoto采(cai)用(yong)電子束(shu)蒸(zheng)發離子束(shu)輔助沉(chen)積(ji)法獲得(de)的(de)(de)氮(dan)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)涂層達到(dao)63.7Gpa。武漢大學合(he)(he)成(cheng)(cheng)的(de)(de)氮(dan)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)硬度分別(bie)達到(dao)50GPa，并(bing)沉(chen)積(ji)到(dao)高速(su)鋼(gang)麻(ma)花(hua)鉆(zhan)上，獲得(de)非(fei)常好的(de)(de)鉆(zhan)孔性能(neng)。合(he)(he)成(cheng)(cheng)氮(dan)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)的(de)(de)主要方法有真流和(he)射頻(pin)反應濺射法、激(ji)光蒸(zheng)發和(he)離子束(shu)輔助沉(chen)積(ji)法ECR－CVD法、雙(shuang)離子束(shu)沉(chen)積(ji)法等。