刀具钝化喷砂机在PVD、CVD刀具钝化中的重要做用

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刀具钝化喷砂机在PVD、CVD刀具钝化中的优势
刀具涂层技术目前分为两大类，即化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）技术。

2.1 物理气相沉积（PVD）技术的发展
习惯上，把固体(液态)镀料通过高温蒸发、溅射、电子束、等离子体、激光束、电弧等能量形式产生气 相原子、分子、离子(气态，等离子态)进行输运，在固态表面上沉积凝聚，生成固相薄膜的过程称为物理 气相沉积(PVD)。 物理气相沉积（PVD）技术产生于上世纪七十年代末，因为它的工艺温度控制在 500℃以下， ，可作为* 终处理工艺用于高速钢类刀具的涂层。PVD 技术大大提高了高速钢刀具切削性能，该项技术与八十年代得 到迅速推广。八十年代后期，一些发达国家 PVD 涂层高速钢刀具比例已占市场已超过了 60%。 高速钢刀具成功应用 PVD 技术，引起了的青睐与重视，各国研究者在不断开发高的性能、高可 靠性涂层装备的同时，也对其应用领域进行了更加深入的研究，以进行扩大，特别是在硬质合金刀具、陶 瓷刀具方面的应用。与 CVD 涂层技术相比，PVD 技术的处理温度低，刀具材料抗弯强度通常温度在 600℃ 以下不会产生影响；薄膜的内部为压应力，因此，适合涂层硬质合金精密复杂类刀具，PVD 技术对环境不 会产生不利影响，更加符合绿色工业发展的方向。伴随着高速加工时代的到来，硬质合金刀具、陶瓷刀具 使用的比例必然上升，高速钢刀具使用的比例必然下降。因此，一些发达国家在九十年代初便将重心转向 硬质合金刀具 PVD 涂层技术的研究，九十年代中期，PVD 涂层技术在硬质合金刀具上的应用已取得了突 破性的进展，当时已普遍在铣刀、铣刀片、各种钻头、铰刀、丝锥、等的刀具上应用。 从大的方面来看，现在国际上的 PVD 涂层技术大致可分成真空蒸镀、溅射、离子镀，但从这三种主要的 镀膜技术衍生出了各式各样的新技术。伴随着 PVD 技术的进一步发展，科学家们把离子束、等离子体引入 到 PVD 涂层技术上，同时通入某些反应气体，由化学反应来制备金属镀层，因此，当前的 PVD 涂层技术 已不是原先单纯的物理制备过程，PVD 涂层技术和 CVD 涂层技术已经相互交融。单一的涂层材料显然无 法满足综合刀具机械性能的要求，无法被市场接受，涂层材料正向着多元不断的发展。为实现不同的高性

能切削加工的要求，涂层的成分将会更为复杂，更具针对性，单一层的涂层也会越来越薄，有的涂层已趋 向纳米化，而涂层的温度将越来越低，刀具涂层工艺正向着更加科学的方向不断发展，按照趋势，PVD 技 术、MT-CVD 技术将会成为国际主流。 我国的物理涂层技术开始于八十年代初期，在八十年代中期研究出高速钢刀具 TiN 涂层工艺技术以及中 小型空心阴极离子镀膜机。由于我国刀具涂层市场前景较好，国内有七家刀工具厂商引入了大型 PVD 涂层 设备。 进口设备及技术的引进， 引起了国内物理涂层技术的研发热潮， 终于在九十年代初研制出出多种 PVD 设备。可是因为研发大多数的设备性能较差，无法刀具涂层工艺，致使预期的经济效益也没有实现， 这导致了很多企业放弃了物理刀具涂层技术的研究。 近 10 年国内的 PVD 涂层技术在一个停滞不前的状况。 在这以后，我国的 PVD 涂层技术也有了一定的进展，比如在九十年代末期，我国研制出了多元复合硬质合 金 TiN-TiCN-TiN PVD 涂层工艺技术， 以及 CNx 涂层技术， 但是这些技术和国际水平相比， 我国的 PVD 涂层技术落后了 10 年左右。现在，国际的 PVD 技术已发展到了第 4 代，我国处在第二代，仍是以单 层的 TiN 涂层为主。

2.2 CVD 技术的发展
CVD 是通过气相物质的化学反应在基材表面沉积固态薄膜的一种工艺方法。CVD 技术发展较早，在上 世纪 60 年代已应用于硬质合金刀具的涂层处理，并且在硬质合金可转位刀具上得到了较为广泛的应用。在 CVD 工艺中，气相沉积所需要金属源的制备相对容易，可进行 TiBN、TiB2、TiN、TiC、TiCN、 、Al2O3 等单层及多元多层复合涂层，其涂层与基体结合强度较高，薄膜的厚度达 7～9μ m，CVD 涂层具有较好的 耐磨性。据统计，美国在八十年代中后期有 85%的硬质合金工具采用了涂层处理，其中 CVD 涂层占 99%； 在九十年代的中期，CVD 涂层硬质合金刀具仍占到了 80%以上。CVD 涂层技术拥有许多的优点：1.涂层源 的制备比较容易。2.镀膜的均匀性比较好。3.成膜粒子的能量非常低，因此镀膜的内应力很低。4.能够得到 比较厚的镀膜。5.镀膜的耐磨性非常好。但是 CVD 涂层技术也有一些缺陷：1 工艺的处理温度较高，刀具 材料抗弯强度会产生下降。2.CVD 涂层技术排放的废气可造成严重的环境污染。因此，从九十年代中期以 来，高温 CVD 涂层技术的发展、应用受到了制约。八十年代末期，Kruup Widia 研发的低温化学气相沉积 技术（PCVD）已经可以实现应用，该技术的工艺处理温度已下降至 450℃至 650℃，能够有效的抑制η 相 产生，能够进行 TiN、TiCN、TiC 等金属涂层，应用于螺纹刀具、铣刀、钻头等，但是 PCVD 技术在刀具 涂层领域内的应用目前仍然不是十分广泛。 引起 CVD 涂层技术出现实质性突破的是 80 年代末期产生的 MT—CVD 技术（中温化学气相沉积技术） ， 该技术的机理与高温 CVD 涂层技术是相同的，但它的涂覆温度仅为 700℃到 900℃，而且正向着更低的温 度和更高的真空度方向发展。MT—CVD 涂层技术的优点有沉积的速度快、涂层的厚度均匀、涂层的 附着力较强、内部的残余应力较小。但 MT—CVD 涂层技术的首要缺点是产生严重的环境污染问题，其次， 它的涂层内部产生拉应力，容易产生裂纹。新型的 MT-CVD 技术是将含 C、N 的有机物乙腈（CH3CN）为 主要的反应气体混合 TiCL4、H2、N2 在 700℃到 900℃温度下产生分解、发生化学反应，产生 TiCN 的一 种新的方法，该方法得到的涂层为致密纤维状结晶形态，涂层的厚度可达到 8-10μ m。该涂层结构为为致 密纤维状结晶， 因此拥有很高的耐磨损性， 很高的抗热震性和韧性。 再通过高温化学气相沉积技术 （HT-CVD 技术）在表层镀层上沉积 Al2O3 和 TiN 等抗氧化性能好、高温性能好、与加工材料的亲和力较小的材料。 高温化学气相沉积技术适用于高速度、高温度、大负荷的干式切削条件，刀具的寿命比一般的涂层刀片延 长了一倍。 我国 CVD 涂层技术的研究开始于七十年代初， 由于该项技术的性强， 并于八十年代中期达到实用化， 并与国际 CVD 工艺技术水平相当；随后十多年里国内和国外的发展类似，比较缓慢；我国 PCVD 技术的 研究开始于九十年代初，该技术目前主要用于模具涂层，在刀具领域内的应用，还不是十分广泛。从总体 上讲，我国的 CVD 技术与国际水平保持同步。