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什么是涂层刀具

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发表于 2024-7-24 09:25:09 | 显示全部楼层 |阅读模式


这么好的涂层技术应用到45号钢上也真是个人才

涂层刀具是指在刀具基体材料(通常是硬质合金、高速钢或陶瓷等)的表面通过物理或化学方法沉积一层或多层具有特定性能的材料,以改善刀具的切削性能和延长使用寿命的刀具。PVD(Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)是一种常用的涂层技术。

PVD涂层刀具的特点:
PVD涂层材料如TiN(氮化钛)、TiCN(碳氮化钛)、AlTiN(铝钛氮)等具有极高的硬度,能显著提升刀具的耐磨性。
某些PVD涂层如MoS2(二硫化钼)可以降低刀具与工件之间的摩擦,减少切削热和能量消耗。
涂层能够承受较高的工作温度,有助于在高速切削时保持刀具性能。
涂层材料在高温下不易与工件材料发生化学反应,避免了刀具的磨损和粘附。
PVD涂层与基体材料的结合力较强,不易脱落。

PVD是一种在真空条件下,将固体材料蒸发或溅射成原子或分子状态,然后沉积到刀具表面形成薄膜的技术。常见的PVD方法包括:
真空蒸发将涂层材料加热至蒸发状态,然后在真空中凝结在基体表面。
溅射沉积利用离子轰击靶材,使其释放出原子或分子,沉积到基体上。
离子镀膜在沉积过程中引入离子轰击,增强涂层与基体的结合力。

PVD(Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)涂层材料种类繁多,主要分为以下几类:
金属氮化物涂层类
TiN (氮化钛):金黄色,具有高硬度和良好的抗氧化性,适用于大多数切削刀具和高速钢切削刀具或成形工具。
TiCN (碳氮化钛):银灰色,比TiN更硬,有更好的润滑性和更低的摩擦系数,适合高速钢刀具。
TiAlN (铝钛氮):蓝灰色,硬度极高,抗氧化性好,适用于干切削和高速切削。
CrN (氮化铬):银色,有良好的耐磨性和耐腐蚀性,用于模具和精密组件。
ZrN (氮化锆):金色,具有高硬度和耐热性,用于装饰和高性能应用。

金属碳化物涂层类
TiC (碳化钛):具有很高的硬度和耐磨性,但不如氮化物抗氧化。
WC (碳化钨):非常硬且耐磨,用于极端条件下的工具和模具。

金属硼化物涂层类
TiB2 (二硼化钛):高硬度,耐热性,常用于高温环境下的工具。

金属氧化物涂层类
Al2O3 (氧化铝):用于提高刀具的耐热性和抗氧化性,尤其在干切削中。
TiO2 (二氧化钛):具有良好的热稳定性和化学稳定性。

复合涂层类
多层交替涂层,例如TiN/TiCN/TiAlN的多层结构,可以进一步优化刀具的综合性能。

超硬涂层类
DLC (类金刚石涂层):非晶体结构,具有极低的摩擦系数和高硬度,用于精密和低摩擦应用。
CN (立方氮化硼):极其坚硬,仅次于金刚石,适用于加工硬质材料。

其他涂层类
MoS2 (二硫化钼):具有极低的摩擦系数,用于润滑目的。
Si3N4 (氮化硅):具有良好的高温性能和化学稳定性。

每种涂层都有其独特的性能优势,选择哪种涂层取决于具体的应用需求,比如切削材料的硬度、加工条件(干切削或湿切削)、温度、刀具寿命要求等因素。在实际应用中,涂层的选择和优化是提高刀具性能和加工效率的关键。

对于涂层刀具而言,45号钢并不是最常用的刀具基体材料,尤其是在需要高硬度、高耐磨性和高热稳定性的精密加工场合。这是因为45号钢的硬度相对较低,大约在220-280HBW(布氏硬度),这限制了它的应用范围,特别是在高速切削和高精度加工中。

涂层刀具的基体材料通常包括以下几种:
硬质合金(Tungsten Carbide)是最常见的刀具材料之一,具有高硬度、高耐磨性和良好的抗热冲击性能。硬质合金通过在其表面进行PVD(物理气相沉积)或CVD(化学气相沉积)涂层,可以显著提高其切削性能和寿命。

高速钢(High Speed Steel, HSS)虽然硬度低于硬质合金,但高速钢具有较好的韧性和可重磨性,适用于复杂的刀具形状和重切削。

陶瓷材料在高温下保持硬度,适用于高速干切削硬质材料。

CBN(立方氮化硼)和PCD(聚晶金刚石)等超硬材料用于加工极硬材料,如淬火钢、铸铁和非铁金属。

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