關於三種常用數控刀具塗層材料的簡單介紹

1、金剛石、類金剛石（DLC）塗層

金剛石塗層是新型刀具塗層材料之一。 它利用低壓化學氣相沉積技術在硬質合金基體上生長出一層由多晶組成的金剛石膜，

用其加工矽鋁合金和銅合金等有色金屬、玻璃纖維等工程材料及硬質合金等材料， 刀具壽命是普通硬質合金刀具的50～100倍。 金剛石塗層採用了許多金剛石合成技術， 最普通的是熱絲法、微波等離子法和DC等離子噴射法。 通過改進塗層方法和塗層的粘結， 已生產出金剛石塗層刀具， 並在工業上得到了應用。

近年來， 美國、日本和瑞典等國家都已相繼推出了金剛石塗層的絲錐、鉸刀、銑刀以及用於加工印刷線路板上的小孔金剛石塗層硬質合金鑽頭及各種可轉位刀片， 如瑞典Sandvik公司的CD1810和美國Kennametal公司的KCD25等牌號產品。 美國Turchan公司開發的一種鐳射等離子體沉積金剛石的新工藝， 用此法沉積金剛石， 由於等離子場包圍整個刀具，

刀具上的塗層均勻， 其沉積速度比常規CVD法快1000倍。 此法所成的金剛石塗層與基體之間產生真正的冶金結合， 塗層強度高， 可防止塗層脫落、龜裂和裂紋等缺陷。

類金剛石塗層在對某些材料(Al、Ti及其複合材料)的機械加工方面具有明顯優勢。

通過低壓氣相沉積的類金剛石塗層， 其微觀結構與天然金剛石相比仍有較大差異。 九十年代， 常採用啟動氫存在下的低壓氣相沉積DLC， 塗層中含有大量氫。 含氫過多將降低塗層的結合力和硬度， 增大內應力。 DLC中的氫在較高的溫度下會慢慢釋放出來， 引起塗層工作不穩定。 不含氫的DLC硬度比含氫的DLC高， 具有組織均勻、可大面積沉積、成本低、表面平整等優點， 已成為近年來DLC塗層研究的熱點。 鈦浩機械是以回轉頂尖、絲杠、機床主軸、軸加工、高精刀柄、刀杆、彈性夾頭、非標件加工、機床接杆為公司的主打產品美國科學家A.A.Voevodin提出沉積超硬DLC塗層的結構設計為Ti-TiC-DLC梯度轉變塗層， 使硬度由較軟的鋼基體逐漸提高到表層超硬的DLC塗層。 這類複合塗層既保持了高硬度和低摩擦係數， 又降低了脆性， 提高了承載力、結合力及磨損抗力。 日本住友公司推出了在硬質合金刀片上塗覆金剛石DLC的DL1000塗層， 用於切削鋁合金和非鐵金屬， 抗粘結， 能有效降低已加工表面的粗糙度。

經過多年的研究表明：由於類金剛石塗層的內應力高、熱穩定性差及與黑色金屬間的觸媒效應使SP3結構向SP2轉變等缺點， 決定了它目前只能應用於加工有色金屬， 因而限制了它在機加工方面的進一步應用。 但是近年來的研究表明， 以SP2結構為主的類金剛石塗層(也稱為類石墨塗層)硬度也可達到20～40GPa， 卻不存在與黑色金屬起觸媒效應的問題， 其摩擦係數很低又有很好的抗濕性， 切削時可以用冷卻劑也可用於幹切削，

其壽命比無塗層刀有成倍的提高， 可以加工鋼鐵材料， 因而引起了塗層公司、刀具廠家的極大興趣。 假以時日， 這種新型的類金剛石塗層將會在切削領域得到廣泛的應用。

2、立方氮化硼(CBN)塗層

CBN是繼人工合成金剛石之後出現的另一種超硬材料， 它除了具有許多與金剛石類似的優異物理、化學特性（如超高硬度，僅次於金剛石，高耐磨性，低摩擦係數，低熱膨脹係數等）外，同時還具有一些優於金剛石的特性。鈦浩機械是以回轉頂尖、絲杠、機床主軸、軸加工、高精刀柄、刀杆、彈性夾頭、非標件加工、機床接杆為公司的主打產品。CBN對於鐵、鋼和氧化環境具有化學惰性，在氧化時形成一薄層氧化硼，此氧化物為塗層提供了化學穩定性，因此它在加工硬的鐵材、灰鑄鐵時耐熱性也極為優良，在相當高的切削溫度下也能切削耐熱鋼、淬火鋼、鈦合金等，並能切削高硬度的冷硬軋輥、滲碳淬火材料以及對刀具磨損非常嚴重的矽鋁合金等難加工材料。

自1987年Inagawa等成功地製備了出純的CBN塗層以來，在國際上掀起了CBN硬質塗層的研究熱潮。低壓氣相合成CBN塗層的方法主要有CVD和PVD法。CVD包括化學輸運PCVD，熱絲輔助加熱PCVD，ECR－CVD等；PVD則有反應離子束鍍、活性反應蒸鍍、鐳射蒸鍍離子束輔助沉積法等。研究結果表明：在合成CBN相、對硬質合金基體的良好粘結和合適的硬度等方面已取得了進展，目前沉積在硬質合金上的立方氮化硼最大僅為0。2～0。5μm，若想達到商品化，則必須採用可靠的技術來沉積高純的經濟的CBN塗層，其厚度應在3～5μm，並在實際金屬切削加工中證實其效果。

3、CNx塗層

二十世代八十年代，美國科學家Liu和Cohen設計了類似β-Si3N4新型化合物β-C3N4，採用固體物理和量子化學理論，計算出它的硬度可能達到金剛石，這引起了世界各國科學家的關注。合成氮化碳成為世界材料科學領域的熱門課題。日本Okayama大學的FFujimoto採用電子束蒸發離子束輔助沉積法獲得的氮化碳塗層達到63。7Gpa。武漢大學合成的氮化碳硬度分別達到50GPa，並沉積到高速鋼麻花鑽上，獲得非常好的鑽孔性能。合成氮化碳的主要方法有真流和射頻反應濺射法、鐳射蒸發和離子束輔助沉積法ECR－CVD法、雙離子束沉積法等。

它除了具有許多與金剛石類似的優異物理、化學特性（如超高硬度，僅次於金剛石，高耐磨性，低摩擦係數，低熱膨脹係數等）外，同時還具有一些優於金剛石的特性。鈦浩機械是以回轉頂尖、絲杠、機床主軸、軸加工、高精刀柄、刀杆、彈性夾頭、非標件加工、機床接杆為公司的主打產品。CBN對於鐵、鋼和氧化環境具有化學惰性，在氧化時形成一薄層氧化硼，此氧化物為塗層提供了化學穩定性，因此它在加工硬的鐵材、灰鑄鐵時耐熱性也極為優良，在相當高的切削溫度下也能切削耐熱鋼、淬火鋼、鈦合金等，並能切削高硬度的冷硬軋輥、滲碳淬火材料以及對刀具磨損非常嚴重的矽鋁合金等難加工材料。

自1987年Inagawa等成功地製備了出純的CBN塗層以來，在國際上掀起了CBN硬質塗層的研究熱潮。低壓氣相合成CBN塗層的方法主要有CVD和PVD法。CVD包括化學輸運PCVD，熱絲輔助加熱PCVD，ECR－CVD等；PVD則有反應離子束鍍、活性反應蒸鍍、鐳射蒸鍍離子束輔助沉積法等。研究結果表明：在合成CBN相、對硬質合金基體的良好粘結和合適的硬度等方面已取得了進展，目前沉積在硬質合金上的立方氮化硼最大僅為0。2～0。5μm，若想達到商品化，則必須採用可靠的技術來沉積高純的經濟的CBN塗層，其厚度應在3～5μm，並在實際金屬切削加工中證實其效果。

3、CNx塗層

二十世代八十年代，美國科學家Liu和Cohen設計了類似β-Si3N4新型化合物β-C3N4，採用固體物理和量子化學理論，計算出它的硬度可能達到金剛石，這引起了世界各國科學家的關注。合成氮化碳成為世界材料科學領域的熱門課題。日本Okayama大學的FFujimoto採用電子束蒸發離子束輔助沉積法獲得的氮化碳塗層達到63。7Gpa。武漢大學合成的氮化碳硬度分別達到50GPa，並沉積到高速鋼麻花鑽上，獲得非常好的鑽孔性能。合成氮化碳的主要方法有真流和射頻反應濺射法、鐳射蒸發和離子束輔助沉積法ECR－CVD法、雙離子束沉積法等。