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刀具涂层设备pvd镀膜技术的应用及最新发展趋势

         在介绍刀具涂层设备pvd镀膜技术应用及最新发展趋势前,先给大家介绍一下刀具涂层设备的优势。刀具涂层设备,适用于各种加工要求和工件材料的高速钢和硬质合金工具,它允许更高的切削速度、进料和由于延长使用寿命而减少的更换工具的时间。涂层的低摩擦性能和硬度允许减少润滑和冷却,简历可预见的磨损,保证加工零件的表面质量更好。刀具硬质涂层真空镀膜机高性能涂层是专门用于对坚韧和粗糙的工件材料进行高速、大进料加工的工具、工况高热和高机械负荷,最小或低润滑和冷却。

刀具涂层设备

 
那么刀具涂层设备最新发展趋势是怎样的呢?
        进入21世纪的PVD技术与1990年代相比,已发生了极大变化,从单一的TiN、TiCN、TiAlN发展到现在的数十种镀膜型态,针对不同的切削加工应用条件,可对薄膜成分、结构进行选择,透过适当的制备技术,以获取令人满意的切削效果。例如在齿轮加工中,除了对 zz覆膜刀具的使用寿命有严格要求外,如何保证齿轮的精度及表面质量同样至关重要,因此目前普遍采用的是复合膜层,即硬涂层+软涂层,当然对于不同的镀膜厂商而言,达成此目的的制程方法不尽相同;而在高速铣削加工中,往往只采用硬质涂层。此外客制化服务的概念初步形成,例如Platit公司的镀膜设备采用了开放式工作模式,可针对不同的客户随时开发更适合的镀膜技术。
 
 
(二)高速及干式切削之镀膜技术的开发
 
      在高速加工或干式切削过程中,温度成为影响刀具使用寿命的主要原因,因此提高薄膜的高温性能、保证覆膜刀具的红硬性成为近几年PVD技术的开发重点。欲改进氮铝钛膜层,提高薄膜中Al的含量是有效方法之一,因此出现了所谓的AlTiN镀层(Al含量大于50%),应该说随着Al含量的增加(在一定范围内),薄膜的整体效能有所提升,但仍有一些关键技术有待解决:比如说,如何在生产过程中完成这种镀膜,尤其当Al含量超过65%时,在这种膜层中如何控制AlN的晶体结构等。从最新的发展来看,各镀膜业者已透过其他的薄膜技术解决了高速、高温切削加工问题,如Balzers的AlCrN镀膜、Platit的(nc-Ti1xAlxN)/(αSi3N4) 镀膜、CemeCon的TINALOX镀膜、Metaplas的AlTiN-saturn镀膜都具有优异的高温性能,并已成功应用于高速、干式切削加工领域。
 
(三)膜层组织结构之改善
 
         目前在PVD市场中,阴极电弧离子镀技术仍占主导地位,但与先前不同,无论哪一个采用阴极电弧离子镀技术的公司,都试图透过硬件的开发及制程的调整来改善膜层的组织结构,避免“液滴”和柱状晶的产生。尤其是随着奈米概念的出现,致使阴极电弧薄膜涂层组织获得根本的改善,采用该技术得到的膜层表面粗糙度Ra值已小于0.15μm,因此使得阴极电弧涂层的整体效能得以提高,并为市场所接受。
 
(四)PVD镀膜领域的新概念
 
      众所周知,与PVD技术相对应的是CVD技术,该项技术结合强度高、膜层厚,并且可以涂镀α-Al2O3膜层,因此更适合于中型、重型切削的高速、干式粗加工及半精加工领域。如何利用PVD技术,开发出Al2O3镀膜技术,实现厚膜镀层,将PVD涂层技术扩展到粗加工及半精加工领域,这一直是该行业亟待解决的难题。而CemeCon公司在该领域的研究已取得了突破性的进展,也预示着PVD技术新时代的到来。
 
(五)具有里程碑意义的奈米镀膜技术
 
        随着奈米技术的发展及涂镀技术的进步,应用在刀具的奈米镀膜材料亦引起广大研究者的关注。奈米镀膜主要有两种:奈米多层结构及奈米复合结构,刀具中最为常见的应用是奈米多层结构镀膜,一般是由晶格常数相近的各单层硬质膜材料交叠组成,可能得到与组成此一多层结构的各单层膜层的效能差异显著的全新镀膜。这是一种人为可控的一维周期结构,交替沉积单层涂层不超过5~15nm。
 
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