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硬质合金涂层

通过化学气相沉积(CVD)等方法,在硬质合金刀片的表面上涂覆耐磨的TiC或TiN、HfN、Al2O3等薄层,形成表面涂层硬质合金。这是现代硬质合金研制技术的重要进展。1969年,西德克虏伯公司和瑞典山特维克公司研制的TiC涂层硬质合金刀片初次投入市场。1970年后,美国、日本和其他国家也都开始生产这种刀片。三十余年来,涂层技术有了很大的进展。涂层硬质合金刀片由第一代、第二代已发展到第三代、第四代产品。

硬质合金涂层的优点: 涂层硬质合金刀片一般均制成可转位的式样。用机夹方法装卡在刀杆或刀体上使用。它具有以下优点: 硬质合金涂层 1)由于表层的涂层材料具有极高的硬度和耐磨性,故与未涂层硬质合金相比,涂层硬质合金允许采用较高的切削速度,从而提高了加工效率;或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。
  • 2)由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小,故与未涂层刀片相比,涂层刀片的切削力有一定降低。
  • 3)涂层刀片加工时,已加工表面质量较好。
  • 4)由于综合性能好,涂层刀片有较好的通用性。一种涂层牌号的刀片有较宽的适用范围。
  • 硬质合金涂层工艺

  • 硬质合金涂层最常用的方法是高温化学气相沉积法(简称HTCVD法),是在常压或负压的沉积系统中,将纯净的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等气体或蒸气,按沉积物的成分,将其中的有关气体,按一定配比均匀混合,依次涂到一定温度(一般为1000℃~1050℃)的硬质合金刀片表面,即在刀片表面沉积TiC、TiN、Ti(C,N)或Al2O3或它们的复合涂层。反应方程式概括如下:TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2TiCl4+½N2+2H2TiN+4HClTiCl4+CH4+½N2+H2→Ti(CN)+4HCl+H22A1Cl3+3CO2+3H2→Al2O3+3CO+6HCl用PCVD(等离子体化学气相沉积)法在硬质合金刀片表面进行涂层也得到应用,因涂层工艺温度较低(700°~800°),故刀片的抗弯强度降低的幅度较小,对铣刀片比较适宜。

  • 涂层前,基体刀片表面须净化,切削刃部位应钝化。涂层后,因涂层材料与基休材料的线膨胀系数存在差异,故涂层刀片表面不可避免地产生残余张应力而使刀片抗弯强度降低。通常用TiC薄层先涂在基体表面上,因TiC的线膨胀系数与基体材料最接近;外面再涂TiN、Al2O3等。过去,单涂层材料均用TiC,双层涂层材料多用TiC/TiN、TiC/Al2O3等,三层涂层材料多用TiC/Ti(C,N)/TiN、Tic/Al2O3/TiN等。近年,随着基体材料的改进,涂层材料也有用TiN垫底的,即TiN/TiC/TiN等涂层材料还有HfN、MoS2等。

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