纳米涂层刀具设备的用处

纳米涂层刀具设备是通过在具有良好强度和韧性的硬质合金或高速钢(高速钢)基体表层涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料上)的设备。作为化学屏障和热屏障，纳米涂层刀具设备的涂层减少了工具和工件之间的扩散和化学反应，从而减少月牙槽磨损。纳米涂层刀具设备的涂层刀具具有表层硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热抗氧化、摩擦系数小、导热系数低的特色。与未涂层刀具相比，涂层刀具可延长切削寿命3~5倍以上，提高切削速度百分之二十~百分之七十，提高加工精度0.5~1级，下降切削成本百分之二十~百分之五十。因此，涂层刀具已经成为现代刀具的标志，纳米涂层刀具设备涂层刀具的使用率已经高于百分之五十。目前，切削中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳、滚压头、铣刀、成形工具、齿轮滚刀和齿轮成形器，都可以纳米涂层刀具设备进行涂层处理，以提高其使用性能。纳米涂层刀具设备的涂层刀具有四种：涂层高速钢刀具、涂层硬质合金刀具、陶瓷和超硬材料(金刚石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具。但之前较多用的是两种镀膜工具。陶瓷和超硬材料叶片上的涂层是一种硬度低于基体的材料，旨在提高叶片表层的断裂韧性(可提高百分之十以上)，减少叶片断裂和损坏，扩大应用范围。镀膜方法目前生产中常用的镀膜方法有两种：物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。

纳米涂层刀具设备的纳米超薄膜涂层工艺已日趋成熟。据报道，日本某公司推出了一种高速钻头，它是在韧性好的K类（WC+Co）硬质合金基体上用纳米涂层刀具设备交互涂覆了1,000层TiN和AlN超薄膜涂层，涂层厚度约2.5微米。使用表明，该钻头的抗弯强度与断裂韧性可大幅度提高，其硬度则与CBN相当，刀具寿命可提高2倍左右。该公司还开发出ZX涂层立铣刀，超薄膜镀层数达2,000层，每层厚度约1nm，用该立铣刀加工60HRC的高硬度材料，刀具寿命远高于TiCN和TiAlN涂层刀具。第八届中国国际机床展览会（CIMT2003）上，瑞士某公司推出的纳米结构涂层（AITiN/SiN) 立铣刀，其涂层硬度为45GPa，氧化温度1100℃，切削对比试验表明，其寿命比TiN涂层立铣刀高3倍，比TiAlCN涂层立铣刀高2倍。除上述AITiN/SiN、TiAlCN新涂层外，还有特定功能的涂层，如MoS2、DLC润滑涂层，其摩擦因数小（0.05），适于涂覆丝锥、钻头等刀具，可改善排屑性能，或者作为复合涂层的表层涂层，减少切屑的粘结。