刀具涂层材料的发展与应用-超硬材料涂层（1）

 金刚石涂层是新式刀具涂层资料之一。它使用低压化学气相堆积技能在硬质合金基体上生长出一层由多晶组成的金刚石膜, 用其加工硅铝合金和铜合金等有色金属、玻璃纤维等工程资料及硬质合金等资料, 刀具寿数是一般硬质合金刀具的50-100倍。金刚石涂层选用了许多金刚石组成技能, 最一般的是热丝法、微波等离子法和DC 等离子喷射法。经过改善涂层办法和涂层的粘结, 已生产出金刚石涂层刀具, 并在工业上得到了使用。
         近年来, 美国、日本和瑞典等国家都已相继推出了金刚石涂层的丝锥、铰刀、铣刀以及用于加工印刷线路板上的小孔金刚石涂层硬质合金钻头及各种可转位刀片, 如瑞典Sandvik 公司的CD1810 和美国Kennametal 公司的KCD25 等商标产品。美国Turchan 公司开发的一种激光等离子体堆积金刚石的新工艺, 用此法堆积金刚石, 因为等离子场包围整个刀具, 刀具涂层均匀, 其堆积速度比惯例CVD法快1000倍。此法所成的金刚石涂层与基体之间发生真实的冶金结合,涂层强度高, 可防止涂层掉落、龟裂和裂纹等缺陷。CemeCon 公司具有特征的CVD 金刚石涂层技能, 2000 年树立生产线, 使金刚石涂层技能到达工业化生产水平, 其技能含量高, 能够批量生产金刚石涂层。
         类金刚石涂层在对某些资料(Al、Ti 及其复合资料) 的机械加工方面具有明显优势。经过低压气相堆积的类金刚石涂层, 其微观结构与天然金刚石相比仍有较大差异。九十年代, 常选用激活氢存在下的低压气相堆积DLC, 涂层中含有很多氢。含氢过多将下降涂层的结合力和硬度, 增大内应力。DLC中的氢在较高的温度下会渐渐释放出来, 引起涂层作业不稳定。不含氢的DLC 硬度比含氢的DLC 高,具有组织均匀、可大面积堆积、成本低、外表平整等优点, 已成为近年来DLC 涂层研讨的热门。美国科学家A.A.Voevodin 提出堆积超硬DLC 涂层的结构设计为Ti2TiC2DLC 梯度改变涂层, 使硬度由较软的钢基体逐渐进步到表层超硬的DLC 涂层。这类复合涂层既保持了高硬度和低摩擦系数,又下降了脆性, 进步了承载力、结合力及磨损抗力。日本住友公司推出了在硬质合金刀片上涂覆金刚石DLC 的DL1000 涂层, 用于切削铝合金和非铁金属, 抗粘结,能有用下降已加工外表的粗糙度。
        经过多年的研讨标明: 因为类金刚石涂层的内应力高、热稳定性差及与黑色金属间的触媒效应使SP3 结构向SP2 改变等缺陷, 决定了它现在只能使用于加工有色金属, 因此约束了它在机加工方面的进一步使用。可是近年来的研讨标明, 以SP2 结构为主的类金刚石涂层( 也称为类石墨涂层) 硬度也可到达20-40GPa, 却不存在与黑色金属起触媒效应的问题, 其摩擦系数很低又有很好的抗湿性, 切削时能够用冷却剂也可用于干切削, 其寿数比无涂层刀具成倍进步, 能够加工钢铁资料, 因此引起了涂层公司、刀具厂家的极大爱好。假以时日, 这种新式的类金刚石涂层将会在切削范畴得到广泛的使用，刀具涂层