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刀具涂层材料:超硬材料涂层

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1.金刚石、类金刚石(DLC)涂层


金刚石涂层是新型刀具涂层材料之一线上买球app-线上买球平台。它利用低压化学气相沉积技术在硬质合金基体上生长出一层由多晶组成的金刚石膜线上买球app-线上买球平台,用其加工硅铝


合金和铜合金等有色金属线上买球app-线上买球平台、玻璃纤维等工程材料及硬质合金等材料线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,刀具寿命是普通硬质合金刀具的50~100倍线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台。金刚石涂层采用了许多金刚石


合成技术线上买球app-线上买球平台,最普通的是热丝法线上买球app-线上买球平台、微波等离子法和DC等离子喷射法线上买球app-线上买球平台。通过改进涂层方法和涂层的粘结线上买球app-线上买球平台,已生产出金刚石涂层刀具线上买球app-线上买球平台,并在工业上得


到了应用线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台。


类金刚石涂层在对某些材料(Al、Ti及其复合材料)的机械加工方面具有明显优势线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台。通过低压气相沉积的类金刚石涂层,其微观结构与天然


金刚石相比仍有较大差异线上买球app-线上买球平台。九十年代,常采用激活氢存在下的低压气相沉积DLC线上买球app-线上买球平台,涂层中含有大量氢。含氢过多将降低涂层的结合力和硬度线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,增


大内应力线上买球app-线上买球平台。DLC中的氢在较高的温度下会慢慢释放出来,引起涂层工作不稳定线上买球app-线上买球平台。不含氢的DLC硬度比含氢的DLC高,具有组织均匀线上买球app-线上买球平台、可大面积沉积


、成本低、表面平整等优点线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,已成为近年来DLC涂层研究的热点。美国科学家A.A.Voevodin提出沉积超硬DLC涂层的结构设计为Ti-TiC-DLC梯度


转变涂层线上买球app-线上买球平台,使硬度由较软的钢基体逐渐提高到表层超硬的DLC涂层线上买球app-线上买球平台。这类复合涂层既保持了高硬度和低摩擦系数,又降低了脆性线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,提高了承载力


线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台、结合力及磨损抗力。


经过多年的研究表明:由于类金刚石涂层的内应力高、热稳定性差及与黑色金属间的触媒效应使SP3结构向SP2转变等缺点线上买球app-线上买球平台,决定了它目前


只能应用于加工有色金属线上买球app-线上买球平台,因而限制了它在机加工方面的进一步应用线上买球app-线上买球平台。但是近年来的研究表明,以SP2结构为主的类金刚石涂层(也称为类石墨


涂层)硬度也可达到20~40GPa,却不存在与黑色金属起触媒效应的问题线上买球app-线上买球平台,其摩擦系数很低又有很好的抗湿性线上买球app-线上买球平台,切削时可以用冷却剂也可用于干


切削线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,其寿命比无涂层刀有成倍的提高线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,可以加工钢铁材料,因而引起了涂层公司、刀具厂家的极大兴趣。假以时日线上买球app-线上买球平台,这种新型的类金刚石涂


层将会在切削领域得到广泛的应用。


2.立方氮化硼(CBN)涂层


CBN是继人工合成金刚石之后出现的另一种超硬材料,它除了具有许多与金刚石类似的优异物理线上买球app-线上买球平台、化学特性(如超高硬度,仅次于金刚石线上买球app-线上买球平台,


高耐磨性线上买球app-线上买球平台,低摩擦系数线上买球app-线上买球平台,低热膨胀系数等)外,同时还具有一些优于金刚石的特性。CBN对于铁、钢和氧化环境具有化学惰性,在氧化时形成一


薄层氧化硼线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,此氧化物为涂层提供了化学稳定性,因此它在加工硬的铁材线上买球app-线上买球平台、灰铸铁时耐热性也极为优良线上买球app-线上买球平台,在相当高的切削温度下也能切削耐热


钢、淬火钢线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台、钛合金等,并能切削高硬度的冷硬轧辊、渗碳淬火材料以及对刀具磨损非常严重的硅铝合金等难加工材料。


自1987年成功地制备了出纯的CBN涂层以来线上买球app-线上买球平台,在国际上掀起了CBN硬质涂层的研究热潮。低压气相合成CBN涂层的方法主要有CVD和


PVD法线上买球app-线上买球平台。CVD包括化学输运PCVD线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,热丝辅助加热PCVD,ECR-CVD等线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台;PVD则有反应离子束镀、活性反应蒸镀线上买球app-线上买球平台、激光蒸镀离子束辅助沉积法等线上买球app-线上买球平台。研究


结果表明:在合成CBN相线上买球app-线上买球平台、对硬质合金基体的良好粘结和合适的硬度等方面已取得了进展线上买球app-线上买球平台,目前沉积在硬质合金上的立方氮化硼最大仅为0.2~


0.5μm线上买球app-线上买球平台,若想达到商品化,则必须采用可靠的技术来沉积高纯的经济的CBN涂层线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,其厚度应在3~5μm,并在实际金属切削加工中证实其效果线上买球app-线上买球平台。


3.CNx涂层


二十世代八十年代线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,美国科学家Liu和Cohen设计了类似β-Si3N4新型化合物β-C3N4,采用固体物理和量子化学理论,计算出它的硬度可能


达到金刚石线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,这引起了世界各国科学家的关注线上买球app-线上买球平台。合成氮化碳成为世界材料科学领域的热门课题线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台。日本Okayama大学的FFujimoto采用电子束蒸发


离子束辅助沉积法获得的氮化碳涂层达到63.7Gpa线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台。武汉大学合成的氮化碳硬度分别达到50GPa线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,并沉积到高速钢麻花钻上线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台,获得非常好的钻孔


性能线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台。合成氮化碳的主要方法有真流和射频反应溅射法、激光蒸发和离子束辅助沉积法ECR-CVD法线上买球app-线上买球平台线上买球app-线上买球平台、双离子束沉积法等线上买球app-线上买球平台。


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