刀具涂層應用的新技術
2010-04-06 15:58:15
AlTiN涂層在存放過程中的硬度下降
最近數(shù)年來，（Ti、Al）N基涂層贏得了越來越高的市場份額。當然，與高速鋼刀具相比，硬質(zhì)合金涂層刀具的市場份額增長幅度更大，原因在于在高溫和高切削參數(shù)下，高強度更為重要。
2000年，日本的一份刊物對此提出了猜疑：在常溫下，即使無外部影響，（Ti、Al）N基涂層也會出現(xiàn)硬度和強度下降。這一猜疑雖未得到明確證實，但是懷疑態(tài)度卻一直未能消除。
突破AlTiN涂層的局限性
事實上，鋁含量過高（大約超過65%）時，AlTiN涂層的物理特性會下降。這些物理局限性可通過以下方式予以克服：
-增加鉻、釔、硅等耐熱合金元素，形成AlCrN、TiAlYN、TiAlSiN涂層；
-采用(TiN)/(Si3N4)、(TiAlN)/(Si3N4)或(AlCrN)/(Si3N4)等納米復合結(jié)構(gòu)。
新型涂層——納米復合材料
通過沉積完全不同的材料，各種成分（一組中的Ti、Cr、Al和另一組中的Si）不能實現(xiàn)完全混合，形成兩個物相。納米晶體型TiAlN或AlCrN顆粒嵌入非晶體Si3N4基體中。在高速切削和乾式切削情況下，這一納米復合結(jié)構(gòu)可大幅度提高涂層的物理特性和性能。
圖1 通過納米復合結(jié)構(gòu)提高硬度圖1中，通過類比，充分說明了納米復合結(jié)構(gòu)形成的硬度升高。通常情況下，在海灘上在乾沙中會下沉。在濕沙中，腳不會下沉，或下沉幅度較小，原因在于沙粒之間的空間已被水填充。與此類似，納米復合結(jié)構(gòu)表面具有更高的耐性，硬度也隨之提高。
圖2 納米復合結(jié)構(gòu)，將亞穩(wěn)偏析推遲到更高的溫度除了提高硬度之外，納米復合涂層顯示的最大優(yōu)勢在于能大幅度提高耐熱性。與采用非納米復合涂層相比，亞穩(wěn)態(tài)偏析及由此而產(chǎn)生的硬度下降會在更高的溫度才發(fā)生（圖2）。
-與AlTiN涂層相比，大約高200-300°C；
-與AlCrN涂層相比，大約高100°C。
另外，還有跡象表明，1200°C時硬度下降是由于硬質(zhì)合金的鈷擴散所致，而非納米復合涂層所致。因此，由于硅“粘結(jié)劑”硬度提高、耐熱性和韌性增強，納米復合結(jié)構(gòu)涂層不僅能與PVD涂層抗衡，還可與厚型CVD涂層形成競爭。
