不断改进的铝钛氮刀具涂层0温度保险丝
时间：2022/09/09 13:06:44 编辑：
不断改进的铝—钛—氮刀具涂层
不断改进的铝—钛—氮刀具涂层 2011年12月09日 来源： 关于提高AlTiN涂层中铝的含量及其效果的争议一直持续不断。但有一点可以肯定：那就是提高AlTiN涂层的铝含量后，有利于改善刀具的性能。当然，用户应区分真实效果和夸大宣传的差别，并且应该懂得，最佳的涂层随使用条件而异，就象刀具的几何角度和基体一样。工业界的专家认为，AlTiN涂层适用于在高速和干式切削(或近似干式切削)的条件下，加工不锈钢、钛、高温超级合金的淬硬材料。 图1 Balzers公司的AlTiN纳米结构涂层--Balinit Futura Nano,在高速、大进给干式切削中，用于钻头、铣刀和铰刀，优点十分显著Ion Bond公司(一家物理和化学气相沉积设备的供应商)的高级开发工程师Haron Gekonde说：“AlTiN涂层在刀具/工件接触区温度高达800℃至900℃时，仍能保持其硬度。”这是AlTiN涂层的主要优点。因为前面提到的被加工材料都会在切屑剪切区产生大量的热。当然，在AlTiN涂层中的铝含量多少最合适，还是有争议。不断克服前进中的障碍尽管刀具涂层的开发取得了巨大的成功，但是广大的刀具涂层技术人员没有以此为满足。难加工合金不断进入工业领域，刀具涂层市场的竞争仍然十分激烈。Carboloy公司的车削工具部主任Don Graham说：“大家都在跳跃式的前进，彼此你追我赶超过对手。最佳的涂层在市场上只能维持4～6个月的领先地位，很快就会有更好的涂层问世。”改进AlTiN涂层的方法之一就是提高铝含量。(美国)表面工程涂层协会前主席、现任Teefer市场服务公司总裁Fred Teefer说：“提高铝含量可使涂层在高温下保持较高的强度，并且能提高抗氧化能力。” 图2 当刀具/工件接触区的温度超过749℃时，铝原子会穿过涂层晶格到达刀具表面。在该处铝和氧发生反应，形成一套氧化铝薄膜。这层氧化皮保护了涂层，防止其进一步氧化。最流行的说法是，当刀具/工件接触区温度超过约749℃时，铝会“抓取”空气中的氧，使涂层的外表面转化成氧化铝，形成一层氧化皮。Carboloy公司的车削工具部主任Don Graham解释说：“每个人都相信这种说法是正确的，但迄今未得到客观证实。”这种氧化铝薄膜层能阻止进一步地氧化，并能在刀具/工件接触区产生高温时起保护刀具的作用。然而，提高铝含量说起来容易，做起来却很难。在PVD中，常用直流法将AlTiN涂覆到刀具上，但这种方法在涂层中的铝含量超过65%时，会产生电绝缘障碍而无法有效地进行。Isoflux涂层设备制造公司总裁Dave Glocker解释说：“在涂层出现电绝缘时，单纯的100伏左右的直流偏压将不起作用，因为直流电压无法从绝缘材料上导出。所以必须改变工艺方法，以便能在绝缘体上加上偏压，也就是要在基体上加上交流或脉冲直流偏压，或者使用射频工艺。”与此同时他还指出，生产铝含量超过65%的AlTiN涂层时，还有一个额外的问题。例如在一个含铝70%的铝氮靶上溅射时，靶的表面也会形成电绝缘。所以，你可能既要对付一个绝缘的涂层，又要对付靶上的绝缘层。为了克服这些问题，涂层设备应具备沉积电绝缘材料的能力。Glocker说：“做到这一点是可能的，我们能做，其它公司也能做。但涂层设备不是目前在工业中使用的传统型设备。”关于冷却液的一些考虑生产高铝含量AlTiN涂层的设备可能变得日益普遍使用。因为很多零部件制造商利用干式切削或近似干式切削来达到环保要求，以减少生产费用。更加耐热的AlTiN涂层，使切屑离开工件时带走更多的热量。这样，为了降低刀具/工件接触区的温度而使用冷却液的要求会变得很小，甚至可以不用，这对加工镍基合金特别有利，因为此时切削刃处的温度可能高达816℃。美国Teefer市场服务公司总裁Teefer指出，虽然冷却液、过滤设备和处置费用占车间费用的15%，但减少冷却液消耗的主要动力是为了遵守环境法规。他指出，冷却液用得越少，零件需要清理的也越少。Isoflux涂层设备制造公司总裁Dave Glocker同意这种看法，并补充说：“同时也节省费用。”超级氮化物涂层目前已经有一系列的刀具使用含铝超过65%的AlTiN涂层，例如，Carboloy公司的涂层铝含量为67%，Ion Bcnd公司的涂层铝含量为70%，Ceme Con公司则在2002年7月宣布开发了一种用于生产超级氮化物涂层的工艺，含铝量达到80%。据Ceme Con公司的技术经理Rainer Cremer介绍，超级氮化物是一种极细颗粒、致密结构的立方晶格金属氮化物基的硬质涂层。上述涂层是由Ceme Con公司开发的高度离子