后来,发展了各种不同组合的多层涂层。笔者在多次展览会上调查和统计了瑞典、德国、美国、日本、韩国、以色列和中国各公司的CVD涂层硬质合金刀片产品,涂层材料有以下组合:TiCN/Al2O3、TiCN/TiC/TiN、TiCN/TiC/Al2O3、TiCN/Al2O3/TiN、TiCN/TiC/Al2O3/TiN、TiCN/Al2O3/TiCN、 TiN,TiC/TiCN/TiN、TiN/TiCN/TiN等。可以看出,近年多用TiCN或TiN作底层,这是因为基体硬质合金有了改进,例如采用了梯度结构,才有可能用TiCN或TiN垫底。此外,TiN涂层不宜单独使用,因为与硬质合金相比,TiN的硬度提高不多,TiN必须与TiC、TiCN、 Al2O3等组合使用。
PVD涂层技术的进展
早期,PVD涂层均采用“真空蒸镀法”,膜层往往不均匀,与基体的结合不够牢固,后发展了“真空磁控溅射法”和“真空等离子镀工艺”,效果很好。现在刀具表面涂层主要用后两种方法。
早年,PVD涂层只用于高速钢刀具,涂层材料几乎只用TiN一种。后来,改进了涂层工艺,发展了多种涂层材料和多层涂层,在硬质合金刀具上也得到了大量的应用。涂层效果比以往大有进步。TiN涂层材料仍在使用,新兴的涂层材料是TiAlN和AlTiN,其使用效果优于TiN。
欧洲的PVD涂层技术水平最高,领先于其他国家和地区。知名的厂商有欧瑞康巴尔查斯(OerlkonBalzers)公司、德国PVT等离子真空技术公司和丹麦尤尼莫克(Unimerco)公司等。他们的PVD涂层设备和工艺先进,涂层材料品种多,涂层刀具和其他产品使用性能好。
国外一些知名的高速钢和硬质合金工具厂,都有涂层刀具(刀片)产品,但涂层设备和工艺多购自涂层技术的专业公司,或与之合作,而不是自行研制。据悉,瑞典山特维克公司和以色列斯卡公司的PVD涂层设备都是从欧瑞康巴尔查斯公司购进的。中国也应当这样做,这是一条既好又快的道路。例如,中国哈尔滨第一工具厂和德国PVT公司合作,成立了哈一工普威特镀膜合资股份公司。欧瑞康巴尔查斯公司在全球设有77个涂层中心,在中国苏州、天津和汉江各设有一个中心,中国邻近城市和地区的工具厂家,其涂层产品多在上述中心进行涂层。湖南株洲硬质合金厂和四川自贡长城硬质合金厂的涂层设备都是从国外引进的。
CVD涂层新技术在超硬材料涂层方面的应用
利用“热丝CVD法”、“等离子体喷射CVD法”、“火焰燃烧法”等工艺能在硬质合金或高速钢刀具表面沉积金刚石薄膜(10μm)。CVD金刚石膜的力学、物理性能介于天然金刚石和热压聚晶PCD金刚石之间,能够有效地加工有色金属。
如增加沉积时间,可在基体或衬底(一般用硅片)上沉积出厚度大于0.5mm的厚膜。将厚膜从基体上剥离,并切割成一定形状的小块,再将小块钎焊在基体刀片(一般为硬质合金刀具)上使用。CVD厚膜金刚石刀具应用范围大于薄膜涂层刀具。在CIMT2007上,很多国内外刀具公司都有CVD薄膜金刚石涂层刀具产品,但只有少数厂家有厚膜产品。北京东方天地超硬材料工具公司能生产金刚石厚膜刀具产品,并且已有多年的经验。厚膜刀具应用范围较广,能加工各种有色金属、非金属硬材料及颗粒增强的复合材料等。
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