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随着工业(ye)生产技术的(de)(de)发展，现代机械制(zhi)造业(ye)对机械加工提(ti)出(chu)了(le)更高(gao)的(de)(de)要求，理(li)想(xiang)的(de)(de)加工切削(xue)刀(dao)(dao)具应具有高(gao)切削(xue)速(su)度、长寿命、高(gao)精度等(deng)优良性能。传统工业(ye)用(yong)刀(dao)(dao)具通(tong)常采用(yong)高(gao)速(su)钢或(huo)硬(ying)(ying)质合(he)金等(deng)材料，其切削(xue)性能及寿命需(xu)要进一步提(ti)升，刀(dao)(dao)具表(biao)面涂(tu)层技术由此应运而(er)生，通(tong)过化学或(huo)物(wu)理(li)方法在刀(dao)(dao)具表(biao)面形成(cheng)具有高(gao)硬(ying)(ying)度、低摩擦因(yin)数、高(gao)接合(he)力的(de)(de)涂(tu)层，即(ji)“硬(ying)(ying)质涂(tu)层”，从而(er)提(ti)高(gao)切削(xue)刀(dao)(dao)具切削(xue)性能，延(yan)长使用(yong)寿命，提(ti)高(gao)机械加工效率。

一、表(biao)面硬质涂层的(de)优(you)势

刀具(ju)表面涂层(ceng)技术具(ju)有(you)以下(xia)特点：

（1）可以在(zai)不(bu)降低刀具(ju)强度的前(qian)提下大幅(fu)提高刀具(ju)表(biao)面(mian)硬(ying)度，目前(qian)所能达到的显微(wei)硬(ying)度已经接(jie)近100GPa；

（2）润(run)滑薄膜(mo)具有良好(hao)的固相润(run)滑性能，可以有效改(gai)善加(jia)(jia)工质量，同时适用于干式切削加(jia)(jia)工；

（3）涂层具有突(tu)出的高温抗氧化(hua)性及化(hua)学稳(wen)定性，使切削(xue)加工速度不断提高；

（4）作(zuo)为刀具制造的最终工序，对刀具精度几(ji)乎没有影响，并可(ke)以进行(xing)重复(fu)涂(tu)层。

目前，在工业发达国家，涂层刀具市(shi)场占有率已达80%以上(shang)，数控(kong)机床中所使用的(de)切削刀具90%以上(shang)都(dou)是涂层刀具。

二、硬质涂层制备方法

目(mu)前常用的涂层(ceng)方法主要(yao)有化(hua)学气相沉积(ji)法和(he)物理(li)气相沉积(ji)法，两种方法有各自(zi)的技术特(te)点，主要(yao)优(you)缺(que)点如下表：

三、超硬(ying)涂(tu)层(ceng)材(cai)料的类(lei)型

一般将显(xian)微(wei)硬(ying)度超过40GPa的(de)硬(ying)质(zhi)涂层(ceng)称为超硬(ying)涂层(ceng)，常用超硬(ying)材料有金刚石、类金刚石、立方(fang)氮化硼(peng)等，另外一些纳米复合涂层(ceng)也可达到很高的(de)硬(ying)度，受到广泛的(de)关注和研究(jiu)。

常(chang)用(yong)涂(tu)层材料硬(ying)度范围

1.金刚(gang)石

金刚(gang)(gang)(gang)石(shi)是自(zi)然界中硬度最高的(de)物质，具(ju)有高耐磨性、低摩擦因数(shu)、高化(hua)学惰性等(deng)(deng)特性。在(zai)硬质合金刀具(ju)领域中，金刚(gang)(gang)(gang)石(shi)涂(tu)层有较为(wei)成熟的(de)应用，如(ru)聚晶金刚(gang)(gang)(gang)石(shi)刀具(ju)、金刚(gang)(gang)(gang)石(shi)厚膜焊接(jie)刀具(ju)、金刚(gang)(gang)(gang)石(shi)涂(tu)层刀具(ju)等(deng)(deng)。

金刚石涂层常采(cai)用各种化(hua)学气相沉(chen)积法(fa)沉(chen)积(ji)，如(ru)热(re)丝化学(xue)气(qi)相沉(chen)积(ji)法(fa)、等离子(zi)体化学(xue)气(qi)相沉(chen)积(ji)法(fa)，在(zai)车(che)用(yong)铝合(he)金、特种(zhong)材料加工(gong)(gong)、刀具(ju)工(gong)(gong)业(ye)化等方面有(you)广泛应用(yong)。需要(yao)注(zhu)意的(de)是，硬(ying)质合(he)金中钴相的存在，以及(ji)金刚(gang)石(shi)涂(tu)层与(yu)基体(ti)热膨胀(zhang)系数的差别，导(dao)致金刚(gang)石(shi)涂(tu)层与(yu)基体(ti)的接(jie)合力较差，金刚(gang)石(shi)涂(tu)层容易脱落，这是金刚(gang)石(shi)涂(tu)层刀具的致命缺陷。

金刚(gang)石涂(tu)层的制备技术

2.类金刚石

类(lei)金刚石是一种性质介于金刚石和石墨之间的亚稳态非晶碳(tan)，具有硬度高(gao)、摩擦因数(shu)低(di)、膜层(ceng)致(zhi)密(mi)性(xing)(xing)好、化学性(xing)(xing)质稳定等优(you)良性(xing)(xing)能。类金刚石涂层(ceng)作为一种理想(xiang)的涂层(ceng)材料，被广泛应用于硬质(zhi)合金刀具。

目前，类(lei)金刚石(shi)涂层(ceng)主要(yao)面(mian)临两方面(mian)问题：一是类(lei)金刚石(shi)涂层(ceng)的涂层(ceng)基体(ti)接合力(li)

差(cha)，生产过(guo)程中产生的高应力(li)和高硬度会导(dao)致变形；二是类金刚石(shi)(shi)涂层的热稳定(ding)性差(cha)，当温度超过(guo)400℃时，类金刚石(shi)(shi)的晶体结(jie)构(gou)会向石(shi)(shi)墨结(jie)构(gou)转变，造(zao)成涂层结(jie)构(gou)不稳定(ding)。针对以上两种缺陷，目(mu)前的解决办法是通过(guo)掺杂改(gai)变(bian)性能。例如采用(yong)金属、硅等作为(wei)过渡(du)层，可提高类金刚石涂层与基体间的接(jie)合力，对涂层性质进行一(yi)些(xie)改(gai)善。

类(lei)金(jin)刚石等(deng)碳系材(cai)料的差异

3.立方氮化硼

立方氮化(hua)硼(peng)是在高温高压下人工合成的(de)立方结构氮化(hua)物，显微硬度(du)可以(yi)达到(dao)50GPa~80GPa，仅(jin)次(ci)于金刚石，具(ju)有良好的(de)导热(re)性，热(re)膨胀系数(shu)小，密度(du)较(jiao)低。立方氮化硼与铁族元素(su)几乎不发生反应，化学性质稳定，广泛应用于(yu)高速钢等难加工材料的(de)加工。立方氮化硼涂(tu)层厚度和涂(tu)层基(ji)体(ti)接(jie)合力(li)是(shi)当前立方氮化硼涂(tu)层的(de)主要研究方向。

刀具材料(liao)的(de)发展(zhan)与切(qie)削加工高(gao)速化的(de)关系

总结(jie)

刀(dao)具的(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)材(cai)料目前(qian)仍有很(hen)大的(de)(de)研究(jiu)空间，通(tong)过合理设计涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)结构，改善涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)性(xing)能，可以促进(jin)涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)向(xiang)多(duo)元(yuan)化、多(duo)层(ceng)(ceng)化发(fa)展。通(tong)过研究(jiu)发(fa)现，单(dan)纯提高涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)硬度并不(bu)能高效提升涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)综合使用性(xing)能，超硬涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)材(cai)料普遍存(cun)在(zai)高硬度所带(dai)来的(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)基体(ti)(ti)接合力差、涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)易脱落(luo)、涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)寿命缩短等问题(ti)。在(zai)涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)中添加润滑(hua)元(yuan)素(su)来降低涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)摩擦因数，改善涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)磨损性(xing)能，是今后刀(dao)具表面硬质涂(tu)(tu)(tu)(tu)层(ceng)(ceng)研究(jiu)的(de)(de)方向(xiang)之一。

参考(kao)来(lai)源：

1.涂层技术与硬质(zhi)涂层材料的研究(jiu)现状，刘士(shi)嘉、鞠(ju)洪博(bo)、许俊华、喻利花（上海电气技术）；

2.涂层(ceng)刀具的涂层(ceng)材料、涂层(ceng)方(fang)法及发(fa)展方(fang)向，王宝友(you)、崔丽华（机械）；

3.硬质合金刀(dao)具(ju)的类金刚石(shi)涂层的研(yan)究进展，赵佳群(qun)（科(ke)技创新导报）。

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