PVD鍍膜技術在切削刀具應用之最新發展趨勢
發布時間：2021-09-30 瀏覽次數：2133次
一、在各(ge)種被(bei)加(jia)(jia)工(gong)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)中，沃斯田不(bu)(bu)銹鋼(gang)、高(gao)錳鋼(gang)、淬硬鋼(gang)、復合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)和耐磨鑄鐵等材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)加(jia)(jia)工(gong)難度很高(gao)，但(dan)隨(sui)著產業的(de)發(fa)展，這些材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)用(yong)量不(bu)(bu)斷(duan)增加(jia)(jia)。同時，今后隨(sui)著各(ge)行各(ge)業對用(yong)材(cai)(cai)(cai)(cai)要(yao)求的(de)不(bu)(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)，更多的(de)新(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)會出現(xian)，如(ru)在航天(tian)工(gong)業領域，鈦(tai)合(he)金(jin)、鎳基合(he)金(jin)以(yi)及超耐熱(re)合(he)金(jin)、陶瓷等難加(jia)(jia)工(gong)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)，每一種新(xin)(xin)型材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)都對切削加(jia)(jia)工(gong)提(ti)出了新(xin)(xin)的(de)挑戰。
覆(fu)膜(mo)(mo)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)的(de)出(chu)現是刀(dao)(dao)具(ju)(ju)材(cai)(cai)料發展中的(de)一(yi)次(ci)革命，采(cai)用(yong)(yong)鍍膜(mo)(mo)技術可有效提(ti)高切削刀(dao)(dao)具(ju)(ju)使(shi)用(yong)(yong)壽命，使(shi)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)獲得優(you)良的(de)整體機械性能，從(cong)而大幅度提(ti)高機械加工效率。因此，工業(ye)先(xian)進國家使(shi)用(yong)(yong)的(de)覆(fu)膜(mo)(mo)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)在切削刀(dao)(dao)具(ju)(ju)中占的(de)比(bi)例越(yue)來越(yue)大，約達(da)70%～80%的(de)比(bi)重(zhong)。所示為刀(dao)(dao)具(ju)(ju)鍍膜(mo)(mo)的(de)發展歷(li)程，從(cong)第(di)一(yi)代的(de)單一(yi)膜(mo)(mo)層逐漸發展到多元多層膜(mo)(mo)層，以滿足不(bu)同材(cai)(cai)料及(ji)切削環境的(de)切削加工。
pvd真空鍍膜
二(er)、技術發展(zhan)動向(xiang)
(一)薄(bo)膜的多元化及(ji)服務(wu)的客制化
進入21世紀的(de)(de)(de)(de)(de)PVD技術與1990年代相(xiang)比，已發(fa)生了(le)極大變化，從(cong)單一的(de)(de)(de)(de)(de)TiN、TiCN、TiAlN發(fa)展到現在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)數十種鍍(du)膜(mo)型(xing)態，針對(dui)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)削(xue)加工(gong)(gong)應用(yong)條件，可(ke)對(dui)薄膜(mo)成分、結構進行選擇，透(tou)過適(shi)當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)制備技術，以獲取令人(ren)滿意的(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)削(xue)效果。例(li)如(ru)在(zai)齒輪加工(gong)(gong)中，除了(le)對(dui) zz覆膜(mo)刀(dao)具的(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)壽命有嚴格要求外，如(ru)何保證齒輪的(de)(de)(de)(de)(de)精度及表面質(zhi)(zhi)量同(tong)(tong)樣至關重要，因(yin)此(ci)目前普(pu)遍(bian)采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)是復合膜(mo)層(ceng)，即硬涂層(ceng)+軟涂層(ceng)，當(dang)然對(dui)于不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)鍍(du)膜(mo)廠(chang)商(shang)而言(yan)，達成此(ci)目的(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)制程方(fang)法不盡相(xiang)同(tong)(tong)；而在(zai)高速銑削(xue)加工(gong)(gong)中，往(wang)往(wang)只采(cai)用(yong)硬質(zhi)(zhi)涂層(ceng)。此(ci)外客(ke)制化服務的(de)(de)(de)(de)(de)概念初步形成，例(li)如(ru)Platit公司的(de)(de)(de)(de)(de)鍍(du)膜(mo)設備采(cai)用(yong)了(le)開放式工(gong)(gong)作模式，可(ke)針對(dui)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)客(ke)戶隨時(shi)開發(fa)更適(shi)合的(de)(de)(de)(de)(de)鍍(du)膜(mo)技術。
(二)高速及干式(shi)切削(xue)之鍍膜技術的開發
在(zai)高(gao)(gao)速加(jia)(jia)工或干(gan)式切削(xue)過(guo)(guo)程中，溫(wen)(wen)度成為(wei)(wei)影響(xiang)刀具(ju)使用(yong)壽命(ming)的(de)(de)(de)(de)主要原因(yin)，因(yin)此提高(gao)(gao)薄膜(mo)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)性能(neng)、保證覆(fu)膜(mo)刀具(ju)的(de)(de)(de)(de)紅硬性成為(wei)(wei)近幾(ji)年PVD技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)開發重點(dian)。欲改(gai)進(jin)氮鋁鈦膜(mo)層(ceng)(ceng)，提高(gao)(gao)薄膜(mo)中Al的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)是有效(xiao)方法之(zhi)一，因(yin)此出現了所(suo)謂(wei)的(de)(de)(de)(de)AlTiN鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)(Al含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)大于(yu)50%)，應該說隨著Al含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)(在(zai)一定范圍內)，薄膜(mo)的(de)(de)(de)(de)整體(ti)效(xiao)能(neng)有所(suo)提升，但仍有一些關鍵技術(shu)(shu)有待解(jie)決：比如說，如何(he)在(zai)生(sheng)產(chan)過(guo)(guo)程中完成這種鍍(du)(du)膜(mo)，尤(you)其(qi)(qi)當Al含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)超過(guo)(guo)65%時，在(zai)這種膜(mo)層(ceng)(ceng)中如何(he)控制AlN的(de)(de)(de)(de)晶(jing)體(ti)結構等。從最新的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)來(lai)看，各(ge)鍍(du)(du)膜(mo)業者已(yi)透(tou)過(guo)(guo)其(qi)(qi)他的(de)(de)(de)(de)薄膜(mo)技術(shu)(shu)解(jie)決了高(gao)(gao)速、高(gao)(gao)溫(wen)(wen)切削(xue)加(jia)(jia)工問題，如Balzers的(de)(de)(de)(de)AlCrN鍍(du)(du)膜(mo)、Platit的(de)(de)(de)(de)(nc-Ti1-xAlxN)/(αSi3N4) 鍍(du)(du)膜(mo)、CemeCon的(de)(de)(de)(de)TINALOX鍍(du)(du)膜(mo)、Metaplas的(de)(de)(de)(de)AlTiN-saturn鍍(du)(du)膜(mo)都具(ju)有優(you)異的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)性能(neng)，并已(yi)成功應用(yong)于(yu)高(gao)(gao)速、干(gan)式切削(xue)加(jia)(jia)工領域。
五金鍍膜
(三)膜層組織結構(gou)之(zhi)改善
目前在PVD市場中，陰極電弧(hu)離子鍍(du)技術仍(reng)占主導地位，但與先前不同，無(wu)論(lun)哪一(yi)個采用陰極電弧(hu)離子鍍(du)技術的(de)(de)公司，都試圖透過硬件的(de)(de)開發及制程的(de)(de)調(diao)整來改善(shan)膜(mo)層(ceng)的(de)(de)組(zu)(zu)織結構，避免“液滴”和(he)柱狀晶的(de)(de)產生。尤其是(shi)隨著奈米概念的(de)(de)出現，致使(shi)陰極電弧(hu)薄膜(mo)涂層(ceng)組(zu)(zu)織獲得(de)根本的(de)(de)改善(shan)，采用該技術得(de)到(dao)的(de)(de)膜(mo)層(ceng)表面(mian)粗糙度Ra值已小于(yu)0.15μm，因此使(shi)得(de)陰極電弧(hu)涂層(ceng)的(de)(de)整體(ti)效能得(de)以提高(gao)，并為市場所(suo)接(jie)受。
(四)PVD鍍(du)膜領域的新概(gai)念(nian)
眾所周知(zhi)，與PVD技(ji)(ji)(ji)術相對(dui)應的(de)(de)(de)是(shi)CVD技(ji)(ji)(ji)術，該(gai)項(xiang)技(ji)(ji)(ji)術結(jie)合強度高(gao)(gao)、膜層厚，并(bing)且可以涂(tu)鍍(du)α-Al2O3膜層，因此更(geng)適合于(yu)中型(xing)(xing)、重型(xing)(xing)切削的(de)(de)(de)高(gao)(gao)速、干式粗加(jia)工(gong)及半精加(jia)工(gong)領(ling)(ling)域。如何利用PVD技(ji)(ji)(ji)術，開(kai)發出(chu)Al2O3鍍(du)膜技(ji)(ji)(ji)術，實現厚膜鍍(du)層，將PVD涂(tu)層技(ji)(ji)(ji)術擴展到(dao)粗加(jia)工(gong)及半精加(jia)工(gong)領(ling)(ling)域，這一直是(shi)該(gai)行業亟待(dai)解決(jue)的(de)(de)(de)難題(ti)。而CemeCon公司在該(gai)領(ling)(ling)域的(de)(de)(de)研究已(yi)取得了突(tu)破性的(de)(de)(de)進展，也預示著PVD技(ji)(ji)(ji)術新時代的(de)(de)(de)到(dao)來(lai)。
(五(wu))具有里程(cheng)碑(bei)意義(yi)的奈米鍍(du)膜技術
隨著奈(nai)(nai)米(mi)技術的(de)發展及涂鍍技術的(de)進(jin)步，應用在刀(dao)具(ju)的(de)奈(nai)(nai)米(mi)鍍膜(mo)(mo)材料(liao)(liao)亦引起(qi)廣大研究者的(de)關(guan)注。奈(nai)(nai)米(mi)鍍膜(mo)(mo)主要(yao)有兩(liang)種：奈(nai)(nai)米(mi)多(duo)層結(jie)(jie)構(gou)及奈(nai)(nai)米(mi)復合結(jie)(jie)構(gou)，刀(dao)具(ju)中(zhong)最為(wei)常見的(de)應用是(shi)奈(nai)(nai)米(mi)多(duo)層結(jie)(jie)構(gou)鍍膜(mo)(mo)，一般(ban)是(shi)由(you)晶格常數(shu)相近的(de)各單(dan)層硬(ying)質膜(mo)(mo)材料(liao)(liao)交疊組(zu)成，可(ke)能得到與(yu)組(zu)成此(ci)一多(duo)層結(jie)(jie)構(gou)的(de)各單(dan)層膜(mo)(mo)層的(de)效(xiao)能差(cha)異顯著的(de)全新鍍膜(mo)(mo)。這(zhe)是(shi)一種人(ren)為(wei)可(ke)控(kong)的(de)一維(wei)周期結(jie)(jie)構(gou)，交替沉積單(dan)層涂層不超過5～15nm。
