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化学涂层发出宣战
添加日期:2011-07-04  添加人:韩 伟  浏览次数:2042次

  挑战:通过开发更佳的耐磨涂层提升切削刀具性能。


  解决方案:能大幅减少磨损的新型优质涂层。


  化学涂层(CVD)是用于生产优质涂层以提升切削刀具性能的关键技术。刀具涂层与工艺的不断演进大大提高了刀具的生产效率,而化学涂层堪称促进这一发展的重大功臣。


  山特维克可乐满涉足化学涂层的历史可追溯到最初推出涂层刀片牌号的1969年。这种GC125牌号只带有几微米厚的碳化钛涂层,但却提高了切削速度并延长了刀具寿命。


  化学涂层是一种用途极广的技术,可用于生产厚薄不一的碳氮化钛、氧化铝及金刚石等耐磨硬质涂层,以及半导体产品等。它是另一项使用广泛的刀具涂层技术——物理涂层(PVD)的辅助技术。化学涂层可在刀具刀片上形成厚厚的氧化铝(Al2O3)、碳化钛(TiC)、碳氮化钛(TiCN)以及氮化钛(TiN)涂层(5-25微米),从而提供极高的耐磨性,同时适合在有大量磨料磨损的情况下使用。相比之下,物理涂层工艺产生的较薄涂层具有高压缩应力,因而更适合于强调韧度的切削应用场合。


  化学涂层技术在不断改进和完善。化学涂层得以发展的一个原因是,它让工程师们能够对每个涂层进行优化,而且如今它仍是唯一可沉积优质α- Al2O3结晶层的涂层工艺。


  最新的涂层硬质合金刀片有多达10层涂层,每个涂层的功能都不一样。在多涂层牌号中,外面一层薄薄的氮化钛用于磨损标示;在其下面通常是提供耐化学性及耐磨性的氧化铝层。再下面就是几层韧性碳氮化物及氮化物层,可提供高度的后刀面耐磨性。刀片基体由硬质合金底面和钴粘结剂相位组成,而在靠近涂层的区域,一些硬质合金取代物上的基体已被去掉,以提升抗边缘断裂能力。


  刀片可能会有多个不同的化学涂层,各个涂层功能不一。


  山特维克可乐满最早采用精密化学涂层技术的一种牌号是用于铸铁铣削的GC3020。它于1994年推出,运用中等温度化学涂层(MTCVD——内层采用碳氮化钛(TiCN),上面是独特的专利氧化铝(Al2O3),从而实现卓越的耐磨性及涂层附着力。用于不锈钢切削的GC2025牌号是代表当今最新技术的一个例子。


  在实际操作中,化学涂层涉及一系列工艺流程,包括利用气相来沉积固体材料。以最简单的形式为例,化学涂层系统主要由加热反应室(将需要涂层的刀片放在托架上)、气体输送系统,以及真空泵系统组成。这个泵是用来保持反应器内低压,以及清除各种多余及附带产生的气体。在预热温度下,将氯化铝、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气和四氯化钛等气体输入反应室。当它们经过刀片的受热表面时,就会发生反应并形成固体涂层。气流、气压及反应温度等过程参数极为关键。沉积氧化铝需要使用1,000摄氏度左右的温度;而碳氮化钛在800至950摄氏度的范围内可取得最佳效果。一次化学涂层过程可能长达24小时。


  总结


  化学涂层(CVD)很可能在未来仍保持重要地位。它对刀具性能产生过重大影响,以致现今超过80%的刀片牌号均采用涂层技术。山特维克可乐满目前提供的涂层牌号中有近70%用到化学涂层。


  化学涂层(CVD)牌号一览:


  ——SO5F CVD涂层硬质合金:适用于高温合金高速精加工或低速长切削。


  ——GC3215 CVD涂层硬质合金:适用于高难度断续切削。适合所有铸铁加工。


  ——GC3210厚涂层CVD涂层硬质合金:适合球墨铸铁高速车削应用场合。


  ——GC4235低应力MTCVD TiCN涂层:适合钢车削及不锈钢应用场合。


  ——GC4215 MTCVD TiCN涂层牌号:带有较厚的低应力氧化铝层,以提供最大程度的保护。


  ——GC2025 CVD涂层硬质合金:适合半精加工至粗加工等场合。


  ——GC3205厚涂层CVD涂层硬质合金:适合灰口铸铁高速车削应用场合。


  ——GC4225 CVD涂层硬质合金:适合广泛的应用领域。


  ——GC2015 CVD涂层硬质合金:适合不锈钢精加工和粗加工,并提供化学保护。


  (来源:山特维克可乐满)

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