Generel oversigt over værktøjsbelægninger

Coated skæreværktøjer henviser til værktøjerne, der har et tyndt lag af ildfaste metal eller ikke-metalliske forbindelser på deres hårdmetal eller HSS-overflade, kan filmen også deponeres på keramik, diamant, kubisk bornitrid (CBN) og andre superhårede materialeblade). Som kemisk barriere og termisk barriere kan filmen reducere diffusions- og kemiske reaktioner mellem værktøjet og emnet og derved reducere slid på halvmåne. Coated skæreværktøjer har egenskaber ved høj overfladehårdhed, god slidstyrke, god kemisk stabilitet, stor varme og oxidationsmodstand, lille friktionskoefficient og lav varmeledningsevne og så videre, disse fordele kan forbedre værktøjets levetid med 3-5 gange end ubelagt værktøj ved skæring, også skærehastigheden kan forbedres med 20% til 70%, bearbejdningsnøjagtigheden kan forbedres med 0,5 til 1, og værktøjets forbrugsomkostninger kan reduceres med 20% til 50%. Som et resultat er belagte skæreværktøjer blevet symbolet på moderne skæreværktøjer, og brugen i skæreværktøjer er mere end 50%. På nuværende tidspunkt er alle former for værktøjer, der anvendes til at skære, drejeværktøjer, kedelige værktøjer, øvelser, ridser, broaches, skruekraner, trådklipper, fræsede hoveder, fræsere, formningsværktøjer, gearkoger og skærekniv alle kan bruge belægningsproces til forbedre ydeevnen.  

Der er fire typer coatede værktøjer: coatede HSS værktøjer, coatede hårdmetal værktøjer, belagte keramiske værktøjer og coated superhard materialer (diamant eller kubisk bornitrid) blade. Men belagte HSS værktøjer og coatede Cemented carbide værktøjer er mest anvendte. Belægninger på keramiske og superharde blader er materialer med en lavere hårdhed end substratet. Formålet er at øge knivoverfladens hårdhed (brudets sejhed kan forbedres med 10%), hvilket kan medvirke til at reducere knivens flak og brud og udvide anvendelsesområdet.

Belægningsmetode

På nuværende tidspunkt er der to typer overtrækningsmetoder, der almindeligvis anvendes i produktionen: fysisk dampaflejring (PVD) metode og kemisk dampaflejring (CVD) metode. Aflejringstemperaturen på PVD er 500 ℃ , med belægningens tykkelse er 2 ~ 5 μm . Aflejringstemperaturen på CVD er 900 ~ 1100 ° C , med belægningens tykkelse er 5 ~ 10 μm. Udstyret af CVD er også enkelt, og CVD-belægningen er meget ensartet. HSS-værktøjer, der almindeligvis anvendes PVD-metode, fordi aflejringstemperaturen af PVD ikke overskrider tempereringstemperaturen for højhastighedstål selv. Det meste af hårdmetal anvender CVD-metode, da der ved belægning dannes et skørt lag af decarburisering (η fase) mellem belægningen og substratet på grund af dens høje afsætningstemperatur. I de seneste ti år kan cementeret carbide også med PVD-metode anvende udviklingen af belægningsteknologi. Som en sammensat belægningsproces kaldes kombinationen af PVD og CVD PACVD-metode (plasma CVD-metode). PECVD-metoden anvender plasma for at fremme kemiske reaktioner, og belægningstemperaturen kan reduceres til under 400 ° C (for øjeblikket er belægningstemperaturen reduceret til 180 ° C til 200 ° C ), hvilket sikrer, at der ikke er nogen spredning, faseændring eller udvekslingsreaktion mellem cementeret karbid substrat og belægningsmaterialet og derefter for at opretholde bladets oprindelige sejhed. Denne metode er særlig effektiv til superharde belægninger af diamant og kubisk bornitrid (CBN).

Ved vedtagelsen af CVD-metoden kræves der i forvejen passiverende behandling (skærmenes cirkel er normalt 0,02-0,08 mm, og skærmens styrke øges med udvidelsen af den stakkels cirkel). Så er forkant ikke så skarp som ubelagt blad. Som et resultat heraf skal skæreværktøjerne, der kræver skarpe skær, anvende PVD-metode. Belægningen kan ikke kun lægge på det generelle skæreblad, men også på det faste værktøj, og det kan nu belægges på svejsede hårdmetalværktøjer. Vedtagelsen af PCVD-metoden på hårdmetalboringer kan gøre boringernes levetid 10 gange længere end den hurtige stålboremaskine, effektiviteten kan forbedres til 5 gange.

Coating materialer

Coating materialer skal opfylde kravet om høj hårdhed, god slidstyrke, god kemisk stabilitet, ingen kemisk reaktion med emnet materiale, god varme og oxidationsmodstand, lav friktionskoefficient, god vedhæftning med substratet og så videre. Det er klart, at et enkelt belægningsmateriale er vanskeligt at opfylde ovenstående krav. Derfor er det hårde belægningsmateriale kommet ind i et nyt trin, der udvikler tyk film, kompositbelægning og multikomponentbelægning fra begyndelsen af en enkelt TiC, TiN, Al ₂ O ₃ . Sammensætningen af nyudviklet TiCN-, TiAlN-, TiAlN-flertallet, ultra-tyndt super-flerskiktsbelægning og TiC-, TiN-, Al2O3-belægninger samt ny anti-plastisk deformationsmatrix gør et betydeligt fremskridt med forbedring af belægningsegenheden , bindingsstyrken af belægning og substrat, belægningens slidstyrke osv.

På nuværende tidspunkt nåede teknologien, som belægning af diamantfilm på hårdmetalsubstratet, gennembrud, det kan forbedre værktøjets ydeevne. Det mest modne og mest anvendte hårde belægningsmateriale er TiN, men bindestyrken mellem TiN-belægning og substrat er mindre end TiC-belægning, TiN-belægningen er let at fjerne, og hardheden er lavere end TiC. Når skæretemperaturen er høj, er TiN-belægningen nem at blive oxideret og ablateret. TiC-belægningen har en højere hårdhed og slidstyrke samt god oxidationsmodstand, men den er sprød med dårlig slagfasthed. TiCN har fordelene ved både TiC og TiN, det kan styre TiCN-egenskaberne ved kontinuerligt at ændre sammensætningen af C og N under belægningsprocessen og dernæst danne en flerlagsstruktur med forskellige sammensætninger, hvorved belægningens indre belastning reduceres, forbedre sejheden, øge belægningens tykkelse, forhindre væksten af revner og reducere flak. TiCN-baseret belægning er egnet til behandling af almindeligt stål, legeret stål, rustfrit stål og slidbestandigt støbejern mv. Materialets fjernelse kan øges med 2 til 3 gange ved bearbejdning.

TiAlN, CrN, TiAlCrN er nyudviklet hårdt belægningsmateriale i de seneste år. TiAlN-belagte blade er blevet kommercialiseret. Med god kemisk stabilitet og oxidations slidstyrke er værktøjets levetid 3-4 gange højere end TiN-belægningen ved bearbejdning af højlegeret stål, rustfrit stål, titaniumlegering og nikkellegering. Hvis der derimod er egnet aluminiumkoncentration i TiAlN-belægning, dannes der et lag af hård inert beskyttelsesfilm mellem skæringsværktøjsflade og chip-grænseflade med god varmeisolering, denne film kan effektivt bruges til hurtigskæring. CrN er en slags titaniumfri coating, der er egnet til at skære titanium, titanlegeringer, kobber, aluminium og andre bløde materialer med god kemisk stabilitet og ingen klæbrighed. TiAlCrN er en gradient struktur belægning med høj sejhed og hårdhed, samt små friktionskoefficienten, det er egnet til fræsning kutter, kogeplader, tryk og andre værktøjer, skæreydelsen er betydeligt bedre end TiN.