硬質(zhì)合金涂層刀具研究進(jìn)展

1、硬質(zhì)合金涂層刀具研究進(jìn)展1前言隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，難加工材料的使 用曰益增多，材料的力學(xué)性能不斷提高，而 且，對加工效率的要求也不斷提高，傳統(tǒng)的未 涂層刀具常常不能適應(yīng)新的要求。盡管硬質(zhì) 合金刀具的硬度為89-93.5 hra（ 1300-1850 hv），但是對于難加工材料的高效加工已不適 用。雖然可以采取各種措施，提高刀具材料的 硬度與耐磨性，但同時必然帶來刀具材料抗 彎強(qiáng)度和沖擊韌性的下降，即材料變脆，從而 影響刀具的使用性能。在硬質(zhì)合金刀具基體上涂覆一層或多層 硬度高、耐磨性好的金屬或非金屬化合物薄 膜（如tic, tialn, al03等）的涂層刀具，結(jié) 合了基體高強(qiáng)度、高韌性和涂層

2、高硬度、高 耐磨 性的優(yōu)點，降低了刀具與工件之間的摩 擦因數(shù)，提高了刀具的耐磨性而不降低基體 的韌性。因此，涂層硬質(zhì)合金具有高硬度和 優(yōu)良的耐磨性，延長了刀具的壽命，這是切 削刀具發(fā)展的又一次變革。2硬質(zhì)合金刀具涂層制備方法硬質(zhì)合金刀具涂層的制備方法有很多，包 括氣相沉積、熱噴涂、化學(xué)熱處理、熱反應(yīng)擴(kuò) 散沉積、溶膠凝膠等。氣相沉積應(yīng)用比較多， 制備涂層質(zhì)最好，己經(jīng)逐步成為刀具涂層制 備方法的主導(dǎo)，氣相沉積技術(shù)分為化學(xué)氣相 沉積（chemical vapordeposit ion, cvd）和物 理氣相沉 積（physical vapor deposition, pvd ） o2.1化學(xué)氣相沉積

3、（cvd）化學(xué)氣相沉積（cvd）屬于原子沉積類，是 利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物通過原子、分子間化 學(xué)反應(yīng)的途徑生成固態(tài)涂層的技術(shù)?；诖?特點，cvd過程大多在相對較高的壓力和較 高的沉積溫度環(huán)境下進(jìn)行，因為較高的壓力 有助于提高涂層的沉積速率，較高的沉積溫 度可保證化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行。早在40多年前瑞典sandvik公司和德國 crupp公司研發(fā)了化學(xué)氣相沉積（cvd）涂層技 術(shù)，1969年向市場推出了 cvdtic涂層硬質(zhì)合 金刀片產(chǎn)品ii。此后，美國、曰本等國也相繼 生產(chǎn)出同類產(chǎn)品。多年來，cvd涂層技術(shù)不斷 發(fā)展，改進(jìn)了基體材料和涂層工藝，使用多種 和多層涂層材料，出現(xiàn)了第二代、第三代直至

4、第五代、第六代涂層刀具產(chǎn)品。cvd涂層工藝 溫度約為1000t,結(jié)合力可靠，但也帶來了一 些性能上的缺陷，如刀具切削刃需經(jīng)過鈍化預(yù) 處理，刀具表面易出現(xiàn)殘余拉應(yīng)力，且不能用 于高速鋼刀具表面涂層；另外cvd技術(shù)的沉積 溫度太高，超過了許多材料的熱處理溫度，在 這樣高的沉積溫度下，鍍層和硬質(zhì)合金基體 材料都面臨著晶粒長大和失碳問題，從而產(chǎn)生 一種或幾種復(fù)式碳化物，即所謂的門相，且通 常生成在涂層和基體的界面特別是刃口上。這 種77相很脆，降低硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度，同時 增大刃口的脆性，從而導(dǎo)致刀刃在使用過程中 過早損壞。人們不斷努力，降低工藝溫度，改 變基體材料組分，改進(jìn)切削刃鈍化方法，使 cvd

5、涂層硬質(zhì)合金的性能得到提高。20世紀(jì)80 年代研發(fā)的中溫化學(xué)氣相沉積(moderate temperature chemical vapor deposi t ion , mtcvd)技術(shù)，在一定程度上推動了化學(xué)氣相沉 積的發(fā)展進(jìn)步。2.2物理氣相沉積(pvd)物理氣相沉積是利用某種物理過程(如 物質(zhì)的蒸發(fā)或受到粒子轟擊時物質(zhì)表面原子 的濺射等現(xiàn)象)，實現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到沉 積涂層的可控轉(zhuǎn)移過程，是在分子、原子的尺 度上沉積涂層。與cvd涂層技術(shù)相比，pvd涂 層技術(shù)有以下幾個優(yōu)點：(1) pvd技術(shù)的沉積溫度低，可以 在200600t及以下沉積tin等超硬涂層，因 此不會降低基體材料原有抗

6、彎強(qiáng)度，涂層和 基體間也不會產(chǎn)生門相，因此不需采用特殊 的硬質(zhì)合金材料，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍；(2) 涂層具有微細(xì)結(jié)構(gòu)，在涂層內(nèi) 部產(chǎn)生壓應(yīng)力，抗裂紋擴(kuò)展能力強(qiáng)；(3) 涂層表面光滑，比cvd涂層更 能有 效地阻止前刀面的橫裂紋擴(kuò)展，同時還 可以降低摩擦系數(shù)；(4) 可以使用刃口鋒利的刀具作基體，這 鑿巖機(jī)械氣動工具，2009 一點對于高速切削非常重要。20世紀(jì)80年代以來pvd技術(shù)成功用于切 削刀具的硬質(zhì)涂層，有效提高表面硬度、韌 性、耐磨性和高溫穩(wěn)定性，大幅度提高涂層產(chǎn) 品 的使用壽命，引起刀具材料和性能的巨 變。作為表面改性的新技術(shù)，pvd得到越來越 廣泛應(yīng)用，已普遍應(yīng)用于銃刀、鉆頭、較刀、絲

7、 錐、異形刀具等的涂層處理，并擴(kuò)展到模具和 摩擦零件及裝飾等防腐耐磨鍍層，在先進(jìn)制 造技術(shù)中占有重要地位，引起材料和機(jī)械領(lǐng) 域的廣泛重視。目前，采用pvd方法可以在硬質(zhì)合金刀具 上制備tin、(ti, al )n以及各種難熔金屬的 碳化物和氮化物。工業(yè)發(fā)達(dá)國家自上世紀(jì)90 年代初就開始致力于硬質(zhì)合金刀具pvd涂層 技術(shù)的研究，已普遍應(yīng)用于硬質(zhì)合金銃刀、 鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、較刀、絲錐、硝專位銃 刀片、異型刀具、焊接刀具等的涂層處理。國 內(nèi)pvd涂層技術(shù)的研發(fā)工作始于20世紀(jì)80年 代初，80年代中期研制成功中小型空心陰極 離子鍍膜機(jī)及高速鋼刀具tin涂層工藝技 術(shù)。由于對刀具涂層市場前景的看

8、好，國內(nèi)大 型工具廠開始引進(jìn)pvd刀具涂層技術(shù)與 裝 備。技術(shù)及裝備的引進(jìn)調(diào)動了國內(nèi)刀具pvd 涂層技術(shù)的第一次開發(fā)熱潮，國內(nèi)各大型真 空設(shè)備廠及科研單位紛紛展開了離子鍍 膜機(jī) 的研制工作，并于90年代初開發(fā)出多種pvd 設(shè)備。但由于大多數(shù)的設(shè)備性能指標(biāo)低，涂 層工藝穩(wěn)定性差，預(yù)期的市場效益未能實 現(xiàn)，從而導(dǎo)致了近10年內(nèi)國內(nèi)刀具pvd涂層 技術(shù)處于徘徊不前的局面。盡管90年代末國 內(nèi)成功開發(fā)出了硬質(zhì)合金tin-ticntin多元 復(fù)合涂層工藝技術(shù)，并達(dá)到了實用水平，并 且cnx涂層技術(shù)也有了重大突破，但其應(yīng)用 價值較為有限，在隨后的發(fā)展過程中也并未 得到市場認(rèn)可。隨著我國汽車工業(yè)的迅速掘 起

9、和先進(jìn)制造技術(shù)的大量引進(jìn)以及數(shù)控加工 技術(shù)的廣泛普及，自本世紀(jì)初，pvd技術(shù)在國 內(nèi)掀起了第二次開發(fā)熱潮1役但與國際發(fā)展水平相比，我國硬質(zhì)合金刀具pvd53 涂層技術(shù)仍落后】0年左右。3硬質(zhì)合金涂層刀具的發(fā)展目前，硬質(zhì)合金涂層刀具的發(fā)展方向大 致歸納為以下幾點：3.1涂層成分多元化隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)單元涂 層已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需求。而且由于單元 涂層刀具的基材與涂層材料的硬度、彈性模 量及熱膨脹系數(shù)不匹配，晶格類型也不一樣， 致使基體與涂層之間產(chǎn)生殘余應(yīng)力，結(jié)合力 不強(qiáng)。在單涂層中加入新的元素(如加入al、 ct和y提高抗氧化性，加入zr、v b和hf提 高抗磨損性，加入si提高硬度

10、和抗化學(xué)擴(kuò) 散)制備出多元的刀具涂層材料，大大提高 了刀具的綜合性能。多元刀具涂層中，最常用的是t1cn、 (ti, al)n涂層oticn涂層兼有tic和tin涂 層的良好韌性和硬度，它在涂覆過程中可通 過連續(xù)改變c和¥的成份來控制ticn的性 質(zhì)，并可形成不同成份的梯度結(jié)構(gòu)，降低涂層 的內(nèi)應(yīng)力，提高韌性，增加涂層厚度，阻止裂 紋擴(kuò)展，減少崩刃。九十年代中期，中溫化學(xué) 氣相沉積(mt-cvd)新技術(shù)t的出現(xiàn)，使cvd 技術(shù)發(fā)生了革命性變革。mt-cvd技術(shù)是以有 機(jī)物乙膳(ch3cn)作為主要反應(yīng)氣體，在700t 以下生成ticn涂層。這種ticn涂層方法有效 控制了很脆的湘(co

11、3w3c)生成，提高了涂 層的耐磨性、抗熱震性及韌性。研究表明：在 pvd沉積ticn涂層時適當(dāng)增加離子束轟擊也 可明顯提高涂層的硬度及耐磨性。近年 來，以ticn為基的四元成分新涂層材料(如 tizrcnv tiaicnx tisicn 等)也紛紛出現(xiàn)。(ti, al)n涂層材料是目前應(yīng)用最廣泛 的 硬質(zhì)合金刀具涂層之一，(ti, al)n有很 高的高 溫硬度和抗氧化能力，最高工作溫度 800t,氧化起始溫度700t,涂層硬度hv3000, 顏色為紫灰色。(ti, al)n涂層比tin更能有 效地用于54連續(xù)高速車削，也適合于加工鐵合金、棵合 金不銹鋼等工件。這種涂層因固溶硬化而有 較好的硬

12、度保持性，其抗氧化性能也比t1n 和ticn強(qiáng)。tialn在切削吋會在刀屑界面上生 成一種非晶體的氧化鋁，形成一層硬的、悄 性的保護(hù)膜，此膜的導(dǎo)熱性差，可使切削熱 更多地由切屑帶走。高速干式切削最好的涂 層是氮鋁化鈦(t1a1n )，涂層的作用就象一 層熱屏障，因為它有比刀具基體和工件材料 低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)，在高溫連續(xù)切削時， tialn高速干式切削優(yōu)于tin四倍。近幾年，對涂層成分多元化的研究取得 了豐碩的成果。前不久，在曰本，曰立公司研 究出了號稱跨世紀(jì)水平的crsinv tisin、ti- bon等新型刀具涂層材料q tisin涂層由于加 入si元素，其抗高溫氧化性較單涂層tin明 顯

13、提高，適用于硬切削的tisin涂層具有 36gpa的硬度和1100t的開始氧化溫度兇，此外 以cr代替ti元素的tisin涂層相比，tisin 涂層更具有潤滑性，更適合用于鋁、不銹鋼 等粘附性強(qiáng)的材料加工。添加b、0元素的 t1-bon系列的涂層材料是曰本學(xué)者島順顏等 開發(fā)的門，該涂層刀具的前刀面在高溫下鐵 元素擴(kuò)散極少，顯示出優(yōu)良的潤滑性能，切 削不黏刀；在富氧氛圍中使用ti-bon涂層硬 質(zhì)合金刀具時，涂層的潤滑效果更為顯著， 延長了刀具的使用壽命，這是因為在富氧氣 氛中生成的氧化物具有良好的潤滑性能。這 種利用富氧氛圍生成氧化物以消除或減少黏 刀，延長刀具壽命和提高加工質(zhì)量的方法適 合于

14、鈦合金及718鎳鋸鐵耐熱合金的切削加 工。歐洲balzers公司具有代表性的多元涂層 是以cr元素替代ti元素的alcrn涂層，稱 為g6,該涂層具有hv3200的顯微硬度，使用 溫度可達(dá)到1000 t，更適合斷續(xù)切削和難加 工材料的加工。在國內(nèi)，成都工具研究所開發(fā)了國內(nèi)首 創(chuàng)的ti-c-n-o-al w ti-c-n-b兩個系列 共三 種高性能多元復(fù)合涂層，具有優(yōu)異的復(fù)鑿巖 機(jī)械氣動工具，2009(2)合機(jī)械性能和優(yōu)良的切削性能，主要用于汽車 刀具及hertel系列螺紋梳刀片上其他的多 元涂層材料還有 timon, ticrn, nbcrn, nbzrn 等。3.2涂層結(jié)構(gòu)多層化隨著高速切削

15、、干式切削等機(jī)械加工技術(shù)的 的進(jìn)步，單層涂層已不能滿足對刀具涂 層日益苛刻的工作要求。采用形成多層結(jié)構(gòu)的 方法，可在充分利用單層涂層原有優(yōu)良綜 合 力學(xué)性能優(yōu)勢的條件下，進(jìn)一步提高其硬度、 韌性和高溫抗氧化性能，是目前提高刀具 涂 層切削性能的重要技術(shù)措施小。圖1顯示了 單層硬質(zhì)合金到多層涂層硬質(zhì)合金界面結(jié)構(gòu) 的變化。(a)單層涂層界面結(jié)構(gòu)(b)三層涂層界面結(jié)構(gòu)(c)多層涂層界面結(jié)構(gòu)單層a1趣涂層有很多優(yōu)良的性能，但單 層a1o涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度較差，在基體 上先沉積一層ticn或(ti, a1)n (如 ticn/auos, tialn/auos ),可以顯著改善 a1203 涂層的結(jié)合強(qiáng)

16、度，并使刀具性能得到很大的 提升。目前，國外公司如 sandvik balzers 等已經(jīng)開發(fā)了諸如此類的涂層，并取得了很 好的市場經(jīng)濟(jì)效益(見圖2)圖2雙層涂層剖面結(jié)構(gòu)tin/aln多層涂層是多層涂層中比較典型的一種，兼具 傳統(tǒng)復(fù)合材料和納米材料兩者的優(yōu)越性。tin 和a1n氮化物陶瓷都具有高熔點、高硬度、 化學(xué)穩(wěn)定性好的特點，并且tin還具有較高導(dǎo) 電性以及良好的熱膨脹系數(shù)巴a1n具有高導(dǎo) 熱率(為a12o3的10倍)、鑿巖機(jī)械氣動工 具，2009(2)良好的熱膨脹系數(shù)及高抗氧化性 ，51o兩種氮化物以一定形式復(fù)合，可發(fā)揮性 能上的互補(bǔ)，獲得增強(qiáng)的綜合性能。研究表 明，t1n/a1n納米多

17、層涂層在小周期范圍內(nèi)(14 nm)，a1n以其亞穩(wěn)態(tài)立方結(jié)構(gòu)生長，此 時tin/aln納米多層涂層的硬度、抗氧化性 能、耐磨性能都優(yōu)于大周期的tinvaln納米 多層涂層。據(jù)報 道日本住友電工公司推出了 一種高速強(qiáng)力型鉆頭，它是在韌性好的k類 硬質(zhì)合金基 體上交互涂敷了 1000層tin/aln 超薄涂層，涂層厚度約2.5 pm。使用情況表 明，該鉆頭的抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性大幅度提 高，其硬度則與cbn相當(dāng)，刀具壽命可提高 2000倍左右。該公司還開發(fā)了 zx涂層立銃 刀超薄涂層層數(shù)達(dá)2000層每層厚度約1 nm, 用該立銃刀加工iirc60的高硬度材料，刀具壽 命 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ticn和(ti,

18、a1)n涂層刀具。(ti, al)n/tin復(fù)合多層涂層是由tin和 (ti, a1)n復(fù)合疊加而成，研究發(fā)現(xiàn)，(ti, al) n/tin復(fù)合多層涂層由于層狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn) 打斷了粗大柱狀晶粒的生長，使得晶粒變小，55 同時也打斷了孔隙的連續(xù)性 因此具有良好的 機(jī)械性能優(yōu)良的耐摩擦磨損性能、良好的 抗高溫氧化性能忙和耐腐蝕性能叫三層涂層的組合方式很多例如tic/ticn/tin、tic/ticn/a12o3 * tic/tin/a12o3、 tic/ a12o3/tin、tac/tic/tin、tin/tic/tin 和 ticn/ tic/ticn等糾都是利用各個單涂層的 優(yōu)點根據(jù)不同的切削條

19、件組合而成的最常見 是tic/ ticn/tin涂層，這種涂層與tic/tin涂 層相同切削性能優(yōu)于單層tic和tin涂層。 大多數(shù)刀具涂層廠家都有這種組合方式的涂 層牌號，如 美國carmet公司的ca9443、 ca9721;ken- nametai 公司的 kc210-kc250 等。 目前，國外己發(fā)展到在基體涂10層 甚至更多 層，每層厚 度越來越薄 刀片質(zhì)量越來越好。 利用多層膜具有的界面效應(yīng)和層間藕合效應(yīng) 以及裂紋尖端鈍化裂紋分支及沿界面的界面 開裂等增韌機(jī)制來提高多層涂層的韌性從而 獲得與單層涂層不同的特性 據(jù)報道美國現(xiàn) 在近70%的涂層刀具米用多層涂層一般多層 涂層刀具的壽命要

20、比單涂層高50紅200%腫。 3.3涂層基體梯度化涂層與合金基體之間的結(jié)合強(qiáng)度是制約 刀具使用壽命的關(guān)鍵因素涂層必須與合適的 基體相結(jié)合才能達(dá)到預(yù)期的性能由于不同材 料的熱膨脹系數(shù)不同，涂層冷卻過程中可能因 為熱應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋筲由于涂層材料的脆 性通常裂紋更容易在涂層表面產(chǎn)生并向基體 中擴(kuò)展“為了盡可能防止由于裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致 的材料失效并有利于獲得高性能的硬質(zhì)合金 切削工具材料可對 基體進(jìn)行梯度處理，形成 如圖3所示的結(jié)構(gòu)，使涂層基體表面區(qū)域形成 立方相碳化物和碳氮化物的韌性區(qū)域此區(qū)域 的粘結(jié)劑含量高于涂層基體的名義粘結(jié)劑含 量；當(dāng)涂層中形成的裂紋擴(kuò)展到該區(qū)域時由 于其良好的韌性，可以吸收裂紋

21、擴(kuò)展的能量， 因而能夠有效地阻止裂紋向合金內(nèi)部的擴(kuò)展， 提高硬質(zhì)合金切削工具的使用56性能目前，這種具翔度結(jié)構(gòu)基體的 涂層刀片住我國已有研究了勺，并在少數(shù)硬 質(zhì)合金企業(yè)中形成了產(chǎn)品。圖3梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金涂層基體界面結(jié)構(gòu)t梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備方法有很多大 概可以歸納為兩種主要的類型第一類制備方 法稱為構(gòu)造法通過在空間精確地疊加材料而 構(gòu)成這種方法為設(shè)計者獲得性能優(yōu)異的梯度 結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金材料提供了很好的靈活性但是 采用構(gòu)造法制備梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金時'由于在 合金中存在比較明顯的界面并且不同的材料 其熱膨脹系數(shù)可能有較大的差異，因而，可能 會在合金的界面處產(chǎn)生較大的應(yīng)力，并且合金 在冷卻過程

22、中會產(chǎn)生應(yīng)力集中故應(yīng)該對不同 材料的熱膨脹性能具有很好的了解，并且盡量 調(diào)整好不同層的成分和顆粒的大小，以便不同 層之間有相同或相近的燒結(jié)速率第二類制備 梯度基體的方法稱為傳輸法，即成分與結(jié)構(gòu)的 梯度是利用自然傳輸現(xiàn)象在構(gòu)件內(nèi)部形成 的 它以傳輸為基 礎(chǔ)利用流體的流動原子 的擴(kuò)散或熱傳輸在材料中產(chǎn)生梯度，這種方法 制備的材料其梯度范圍較寬，目前大多數(shù)的梯 度基體制備都通過此方法獲得對梯度硬質(zhì)合金的研究早在1986年，瑞 典的sandvik公司就推出了 dp (dual properties)系列梯度硬質(zhì)合金球齒以及 gc215-gc425等牌號的涂層硬質(zhì)合金梯度刀 片；美國gte.valeni

23、te公司推出的sv200鑿巖 機(jī)械氣動工具» 2009(2)系列和kennametal公司 生產(chǎn)的kc792m牌號的涂層硬質(zhì)合金刀片：愛 爾蘭boart公司生產(chǎn)的wc晶粒梯度硬質(zhì)合金 頂錘等。這些產(chǎn)品以其優(yōu)越的使用性能很快 得到了廣泛的使用。冃前國內(nèi)梯度硬質(zhì)合金的研究仍處于初始階段，株州硬質(zhì)合金廠'自貢 硬質(zhì)合金廠、中南大學(xué)粉末冶金廠等廠家也開 始了一些 研究但至今仍然無法批量生產(chǎn) 隨 著現(xiàn)代化機(jī)加工工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，對硬質(zhì)合 金刀具礦山工具等的使用壽命切削效率提 出了更高的要求作為滿足這一特殊要求的鉆 梯度硬質(zhì)合金材料其發(fā)展愈來愈受到各國重 視叭3.4涂層工藝靈活化涂層的另

24、一趨勢是工藝組合的多樣化“從 20世紀(jì)60年代至今涂層技術(shù)在刀具上的應(yīng) 用已發(fā)展了近50年人們一直在致力于尋找 最佳的刀具表面改性技術(shù)以改善刀具的切削 性能和切削壽命。目前單一涂層無法適應(yīng)現(xiàn)代 切削加工中日趨復(fù)雜的工況和服役 條件，為 此，涂層多樣化的工藝組合便應(yīng)運而生。滲 氮/pvd”復(fù)合涂層技術(shù)就是其中的一種事實 上'早在1983年korhnen等就已經(jīng)提出等離子 氮化與離子鍍工藝結(jié)合起來 近 十幾年來，通 過基體的熱化學(xué)預(yù)處理來提高硬質(zhì)防護(hù)涂層 性能的技術(shù)越來越受到關(guān)注 胡樹兵'崔皇等 研究發(fā)現(xiàn)對基體進(jìn)行滲氮和離子鍍tin復(fù)合 處理后，可形成一個合理的硬度梯度分布，而 在

25、沉積過程中又由于t1n與n的作用及向滲氮 層內(nèi)部進(jìn)一步擴(kuò)散使過渡層的硬度比單一滲 氮層要高100iiv0.1左右，從而使復(fù)合涂層得到 強(qiáng)化另外，將cvd與pvd的工藝進(jìn)行組合是涂 層工藝多樣化的一個重要的發(fā)展方向，如美國 ken- nametai公司推出的kc792m和曰本不二越 公司推出的sg新型涂層就是利用了 pvd和cvd 相結(jié)合的方法起始層是由cvd形成的tin， 目的是提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，中間層是 cvd的ticn，外層是pvd的ti系特殊膜 使其 具有較好的耐熱性即提高鑿巖機(jī)械氣動工具， 2009刀具刃口的鋒利性 因為殘余應(yīng)力在cvd 層是拉應(yīng)力在pvd層是壓應(yīng)力其結(jié)果是提高

26、 了涂層刀具的抗熱震性能肌目前國外已發(fā)展 到在基體涂1()層 甚至更多層，每層厚度越來 越薄，刀片質(zhì)量越來越好，利用多層膜 具有的 界面效應(yīng)和層間耦合效應(yīng)以及裂紋尖端鈍化、裂紋分支及沿界面的界面開裂等增韌 機(jī)制來提高多層涂層的韌性從而獲得與單層 涂層不同的特性據(jù)報道美國現(xiàn)在近70%的涂 層刀具采用多層涂層一般多層涂層刀具的壽 命要比單涂層高5o2oo%(31- 4硬質(zhì)合金涂層刀具后處理研究刀具涂層后處理是在刀具涂層完畢之后 采取某些工藝措施對涂層刀具進(jìn)行相應(yīng)處理 以提高涂層壽命但是目前對刀具涂層的后處 理沒有受到重視，有些公司也只是進(jìn)行簡單的 浸油防銹處理，國外對后處理技術(shù)研究比較 早.但一直

27、持保密態(tài)度。目前，涂層刀具的后處 理工藝包括涂層刀具熱處理深冷處理和磁化 處理三種處理方法雖然有所差別，但是都是 為了減小涂層刀具內(nèi)部的應(yīng)力并使其重新分 布增強(qiáng)刀刃的抗崩刃能力 從而提高刀具的 使用壽命-(1涂層刀具熱處理由于在電弧離子鍍過程中基體溫度比較 低(200-400t)涂層材料沉積在基體表面驟然 冷卻-涂層材料由于熱膨脹系數(shù)的差別有不同 的熱收縮傾向，從而在涂層各晶粒之間產(chǎn)生熱 應(yīng)力這種應(yīng)力的存在加快了刀具在機(jī)械切削 過程中的失效而熱處理能吸收部分應(yīng)變能 緩和松弛應(yīng)力協(xié)調(diào)各種相應(yīng)變狀態(tài)，青島化 工學(xué)院的彭紅瑞以等研究了鋼基cvd-tin涂層 的熱處理涂層經(jīng)1030t淬火+250t回火

28、后，tin 涂層的顯微硬度有所提高涂層的晶體結(jié)構(gòu)更 趨于完整 其晶面間距也更接近tin晶面間距 的標(biāo)準(zhǔn)值同時涂層的致密性有所增加與基 體的結(jié)合強(qiáng)度良好。57(2)涂層刀具的深冷處理在硬質(zhì)合金涂層刀具中，刀具基體的粘結(jié) 相co的成分和性質(zhì)在很大程度上決定著硬質(zhì) 合金刀具的強(qiáng)度和變形特性，而改變這種成分 和合金的特性有兩種方法，一種是熱處理，另 外一種就是對刀具進(jìn)行深冷處理深冷處理為 硬質(zhì)合金刀具創(chuàng)造了一個超低溫環(huán)境，增大 了過冷度，使合金中鉆的相變自由能差增大，增大了相變驅(qū)動力，從而減小刀具在切削 過 程中的磨料磨損和擴(kuò)散磨損。另外一個方面， 有資料認(rèn)為叫co的熱膨脹系數(shù)比wc大三倍 多，粘結(jié)相是硬質(zhì)合金的主要破壞相，存在 于co相中的很大熱應(yīng)力是不利因素。深冷處 理能夠使得wc-co系硬質(zhì)合金獲得較理想的表 面殘余應(yīng)力值。李勇笑對比研究了 yw1硬質(zhì)合金 刀具經(jīng)過深冷處理和未處理的表面殘余應(yīng)力 值，結(jié)果表明，殘余應(yīng)力值由未處理的 4858.665mpa 降為 4192.297mpa0(3)涂層刀具的磁化處