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涂层硬质合金刀具涂层材料

时间:2015-07-03 07:38:00来源:本站人气:823

    涂层材料应满足下列要求:在低温及高温下,均有高的硬度;有好的化学稳定性;应有渗透性和无气孔;对被加工材料有低的摩擦系数;与刀具基体材料黏结牢
固;生产容易,经济环保。

    在硬质合金上涂层的材料有下列几种。

    ①碳化物涂层  主要有TiC、SiC、HfC(碳化铪)、ZrC、WC、Cr3C2、NbC、VC、B4C等。

    ②氧化物涂层  主要有Al2O3、SiO2、Cr203、Ti02、Nb205、Ta2O5、HfO2等。

    ③硼化物涂层  主要有TiB2、ZrB2、TaB2、Cr2B、MoB2、WB2、HfB等。

    ④硅化物涂层  主要有MoSi2、WSi2、TaSi等。

    ⑤镀层  聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)镀层。

    下面介绍几种常用的TiC、TiN、Al2O3涂层。

    (1)TiC涂层TiC涂层厚度一般为5~8μm,TiC涂层具有下列特性。

    ①涂层硬度高达2500~4200HV,高于TiN、Al2O3涂层硬度。具有高的抗机械摩擦和抗磨料磨损性能。TiC涂层的晶粒尺寸为0.1μm。非常薄而纯的碳化物层,能保持没有裂纹,在切削状态下有很强的依附力与有效的耐磨性。

    ②TiC涂层抗氧化性能高,在700℃加热10h,未涂层刀片的氧化速度比涂层刀片快8~10倍。

    ③TiC涂层抗黏结性能和扩散性能高。TiC黏结温度比WC高,比钴的黏结温度高得多。TiC热稳定性高于WC,减少硬质合金的软化。

    ④摩擦系数低。TiC涂层刀具切削38CrMnSiA钢的摩擦系数为0.610,切削38CrNi3MoVA钢时,摩擦系数为0.638。摩擦力小可导致切削力下降15%~25%,切削功率降低25%~50%。

    ⑤TiC热膨胀系数与硬质合金基体相近,因此,TiC与基体之间热应力小,与基体结合牢固。

    (2)TiN涂层TiN涂层厚度为8~12μm,较TiC涂层厚,易于沉积与控制。其特点如下。

    ①TiN与金属的亲和力很小,黏结温度高,对铁族金属不易产生扩散,TiN涂层硬度为2000HV。

    ②TiN铁基材料的摩擦系数比TiC更低,较小的摩擦系数可减少黏结积屑瘤,降低加工表面粗糙度。

    ③TiN刀具脆性较小,韧性较好。断续切割时工作性能较好,TiN涂层呈金黄色或古铜色,商品外观漂亮。

    ④TiN涂层主要缺点是黏结强度较TiC涂层差,TiN涂层硬度较低,抗刀尖磨损和抗后刀面磨损不及TiC涂层。

    (3)Al2O3涂层  Al2O3涂层在高温下有良好的热稳定性及高的高温硬度。在高速切削条件下,耐磨性比TiC、TiN好。而且具有良好的化学稳定性和抗氧化能力,在高温条件下,对钢与铸铁的化学惰性好。在1000~1500℃ Al2O3的抗氧化能力比TiC、TiN都高。摩擦系数低,不易产生积屑瘤,加工表面粗糙度值较低。Al2O3涂层与基体黏结较好。涂层厚度在5μm左右,努氏硬度为2000。

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