涂层即硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其上表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物,既能提高刀具材料的耐磨性,而又不降低其韧性。
根据涂层方法不同,涂层刀具可分为化学气相沉积(ChemicalVapour Deposition,简称CVD)涂层刀具和物理气相沉积(Physical Vapour Depositon,简称PVD)涂层刀具。CVD涂层原理、PVD涂层原理如下图所示。
根据涂层刀具基体材料的不同,涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具以及在陶瓷和超硬材料(金刚石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法,沉积温度在1000℃左右。涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法,沉积温度在500℃左右。
金刚石涂层采用CVD(化学蒸镀法)在硬质合金基体上合成。合成的涂层具备与天然金刚石相近的硬度与导热系数,在非铁材料的加工中发挥着优异的性能。金刚石涂层刀具由于其良好的切削性能,在切削加工领域具有广阔的应用前景,是加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金及许多其他耐磨蚀材料的理想刀具,目前其主要应用领域是汽车和航空航天工业。下图是金刚石涂层刀具的组织。
DLC是非晶质硬质碳素膜,具备由同种碳原子构成的石墨与金刚石的中间性质。DLC涂层一般与有色金属的摩擦系数小,用于加工铝合金等非铁材料。
根据涂层材料的性质,涂层刀具又可分为两大类,即“硬”涂层刀具和“软”涂层刀具。“硬”涂层刀具追求的主要目标是高的硬度和耐磨性,其主要优点是硬度高、耐磨性好,典型的是TiC和TiN涂层,各种涂层刀具如下图所示。“软”涂层刀具是采用固体润滑剂如MoS、WS等制备的刀具,“软”涂层追求的目标是低摩擦系数,也称为自润滑刀具,它与工件材料的摩擦系数很低,只有0.1左右,可减小粘接,减轻摩擦,降低切削力和切削温度。