硬質(zhì)合金刀具在機械制造業(yè)中有著重要應(yīng)用，是精密加工常用的切削刀具，其種類繁多，按加工方式可分為車刀、鏜刀、鉸刀、銑刀、螺紋刀具、數(shù)控刀具等品種。為了有效提高硬質(zhì)合金刀具的切削性能，通常采用涂層工藝為刀具基體涂覆一層金屬或非金屬化合物薄膜，增強其硬度，降低摩擦系數(shù)，延長使用壽命。下面，小編為大家詳細介紹一下硬質(zhì)合金刀具常用涂層工藝以及每種工藝的應(yīng)用范圍吧。

　　一、硬質(zhì)合金刀具常用的三種涂層工藝

　　1、化學(xué)氣相沉積法

　　化學(xué)氣相沉積簡稱CVD，屬于原子沉積類，是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進而制得固體材料的工藝技術(shù)。

　　具體來說，就是利用金屬鹵化物的蒸汽、氫氣和其他化學(xué)成分，在950℃以上的高溫條件下，進行分解、熱合等氣、固反應(yīng)物以原子尺度形態(tài)在加熱刀具基體表面形成固態(tài)沉積物。它本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過程，其過程包括3個階段：物料汽化、運輸?shù)交w附近和在基體上形成覆蓋層。

　　在CVD涂層中，用得較普遍的是真空離子轟擊法和磁控離子反應(yīng)噴涂法。

　　CVD涂層技術(shù)主要用于制備硬質(zhì)合金車削類刀具的表面涂層，其涂層刀具適合于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。

　　CVD法與其他涂層方法比較，不僅設(shè)備簡單，工藝成熟，沉積物種類多，能涂金屬、合金、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、碳氮化物、氧氮化物氫碳氮化物等優(yōu)點。CVD涂層工藝制備的涂層薄膜有高度的滲透性和均勻性，可獲得不同組織的多層涂層，涂層厚薄均勻。

　　2、物理氣相沉積法

　　物理氣相沉積法簡稱PVD，是利用物理過程，如物質(zhì)的蒸發(fā)或受到粒子轟擊時物質(zhì)表面原子的濺射現(xiàn)象實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，將原子或分子由源物質(zhì)可控轉(zhuǎn)移到基材表面上的過程。

　　具體來說，就是利用蒸發(fā)或濺射等物理形式把材料從靶源移走，然后通過真空或半真空空間使這些攜帶能量的蒸氣離子沉積到基片或零件表面以形成膜層，通過氣相反應(yīng)過程，使蒸發(fā)或濺射出的金屬原子發(fā)生氣相反應(yīng)，從而在刀具表面沉積出所要求的化合物。

　　常用的PVD涂層材料主要有氮化鈦、碳氮化鈦、鋁鈦氮化合物，以及各種難熔金屬的碳化物和氮化物。

　　PVD工藝要求比CVD高，設(shè)備更復(fù)雜，涂層循環(huán)周期長。目前常用的PVD涂層方法有低壓電子束蒸發(fā)法、陰極電子弧沉積法、三極管高壓電子束蒸發(fā)法、平衡或非平衡磁控濺射法、離子束協(xié)助沉積法和動力學(xué)離子束混合法，其主要差別在于沉積材料的氣化方法以及產(chǎn)生等離子體的方法不同而使得成膜速度和膜層品質(zhì)存在差異。

　　PVD技術(shù)主要應(yīng)用于整體硬質(zhì)合金刀具和高速工具鋼刀具的表面處理,已普遍應(yīng)用于硬質(zhì)合金鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。

　　與CVD工藝相比，PVD工藝有明顯的優(yōu)點：處理溫度低，在600℃以下時對刀具材料的抗彎強度無影響。薄膜內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力，更適于對硬質(zhì)合金精密復(fù)雜刀具的涂層；PVD工藝對環(huán)境無不利影響，符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向。

　　3、CVD-PVD復(fù)合涂層工藝

　　自20世紀80年代初，PVD技術(shù)問世以來,因其一系列的優(yōu)點使得人們一直企圖用PVD技術(shù)取代先前的CVD技術(shù)，但實踐證明,兩種技術(shù)因各自特點彼此共存，相互補充。于是，人們轉(zhuǎn)而尋找能將兩種技術(shù)結(jié)合起來，取長補短的新技術(shù)，這樣CVD-PVD復(fù)合涂層工藝便產(chǎn)生了。

　　CVD-PVD復(fù)合涂層工藝是在硬質(zhì)合金基體上先涂覆CVD涂層，隨后在其上濺射一層或幾層PVD涂層，便可把CVD涂層技術(shù)和PVD涂層技術(shù)結(jié)合起來，使涂層既有CVD涂層與基體的高結(jié)合強度，又具有PVD沉積層與被加工材料反應(yīng)小的上佳成分。因此，CVD-PVD復(fù)合涂層可在同一涂層/基體系統(tǒng)中兼具有抵抗幾種磨損機理的功能，底層CVD層可提供優(yōu)異的與基體的結(jié)合性能，而光滑的PVD外層能承受較高的切削速度并產(chǎn)生較低的切削力。

硬質(zhì)合金刀具涂層

　　二、硬質(zhì)合金刀具三種常用涂層工藝的應(yīng)用范圍

　　1、CVD涂層工藝應(yīng)用范圍

　　CVD技術(shù)主要用于硬質(zhì)合金車削類刀具的表面涂層，涂層刀具適用于中到重型切削的高速粗加工。采用CVD技術(shù)還可實現(xiàn)α-Al2O3涂層，這是其他技術(shù)目前難以實現(xiàn)的。因此,在干式切削加工中，CVD涂層技術(shù)仍占有極其重要的地位。

　　2、PVD涂層工藝應(yīng)用范圍

　　PVD技術(shù)處理溫度低，且對硬質(zhì)合金刀具的抗彎強度不產(chǎn)生影響；涂層內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，而在CVD涂層內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，因此PVD有利于提高硬質(zhì)合金的使用性能，適用于硬質(zhì)合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉(zhuǎn)位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等硬質(zhì)合金精密復(fù)雜刀具的涂層處理。

　　3、復(fù)合涂層工藝應(yīng)用范圍

　　CVD - PVD技術(shù)結(jié)合CVD技術(shù)涂層與基體結(jié)合強度高，以及PVD技術(shù)涂層表面光滑無裂紋、使用性能好的特點，可用于多層涂層工藝，適用于制備硬質(zhì)合金銑削類刀具涂層。

　　以上就是硬質(zhì)合金刀具常用涂層工藝及其應(yīng)用范圍的相關(guān)內(nèi)容介紹。通過上述內(nèi)容可知，硬質(zhì)合金刀具三種常用的涂層工藝各有優(yōu)劣，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域都有著重要作用。