摘要 高性能涂层刀具已成为现代刀具的标志,目前发达国家涂层刀具在刀具中所占比例已超过80%,并不断上升,刀具涂层技术已经成为提升制造业技术水平的关键因素之一。金属氮化物硬质涂层具有较高的...
高性能涂层刀具已成为现代刀具的标志,目前发达国家涂层刀具在刀具中所占比例已超过80%,并不断上升,刀具涂层技术已经成为提升制造业技术水平的关键因素之一。金属氮化物硬质涂层具有较高的硬度和耐磨性,可有效降低各类机械磨损、化学腐蚀及高温氧化,从而使得涂层工具寿命显著提高。
AlCrN涂层就是其中一种优秀氮化物涂层。相比CrN 涂层,加入Al 而形成的三元Cr–Al–N 涂层在抗磨粒磨损和高温氧化等方面的性能得到极大提高,加入Al 后所形成的AlCrN 涂层拥有高硬度及良好的排屑机制等特性,因此在高载荷条件下表现出明显优越的摩擦磨损特性,涂层载荷承受能力明显提高,从而极大地拓宽了Cr 基PVD 硬质涂层的服役范围;相比AlTiN 涂层,由于Cr具有比Ti 更高的熔点,以Cr 代替Ti 的AlCrN 涂层耐高温氧化温度能明显提高、摩擦系数更小、排屑能力更强,抗粘结性好、韧性更好,更适合于断续切削,虽然硬度稍有降低,但综合性能更为优异,AlCrN涂层也成为当前PVD 氮化物涂层最典型的代表。
AlCrN涂层就是其中一种优秀氮化物涂层。相比CrN 涂层,加入Al 而形成的三元Cr–Al–N 涂层在抗磨粒磨损和高温氧化等方面的性能得到极大提高,加入Al 后所形成的AlCrN 涂层拥有高硬度及良好的排屑机制等特性,因此在高载荷条件下表现出明显优越的摩擦磨损特性,涂层载荷承受能力明显提高,从而极大地拓宽了Cr 基PVD 硬质涂层的服役范围;相比AlTiN 涂层,由于Cr具有比Ti 更高的熔点,以Cr 代替Ti 的AlCrN 涂层耐高温氧化温度能明显提高、摩擦系数更小、排屑能力更强,抗粘结性好、韧性更好,更适合于断续切削,虽然硬度稍有降低,但综合性能更为优异,AlCrN涂层也成为当前PVD 氮化物涂层最典型的代表。
左图:AlCrN涂层 右图:CrN涂层
对当下提倡高速切削、硬切削的制造业来说,有必要开发在高速切削条件下仍能保持高硬度、高耐磨性和抗高温氧化性的新型涂层。AlCrN 涂层在1000 ℃时硬度仍保持27GPa,这是目前氮化物在该温度下的硬度最优值。
红硬性对比
Cr 元素是提高抗热腐蚀性能的主要元素, Al 元素能促进稳定的Al2O3 薄膜的形成,,所以A lCrN 涂层兼具良好的防腐蚀性能和抗高温氧化性能。相对其他涂层来说,由于AlCrN涂层能在1100的条件下仍具有较高的硬度、较好的耐磨性、抗高温氧化性和极好的红硬性,因而广泛应用于切削、轴承、冲压、铝压铸、高温合金加工、耐磨零件等领域。
近年来,国内厂商一直致力于AlCrN涂层的研发与生产,使用Swiss-PVD提供的先进涂层设备,以及自主研发的非常成熟的AlCrN涂层工艺,生产市面上最好用的AlCrN涂层。AlCrN涂层呈蓝灰色,最高使用温度可达1100,摩擦系数在0.3,涂层的纳米硬度达到3300HV,膜厚在0.4——4。适用于滚齿刀、冲棒、冲压模具、刀粒以及高光不锈钢的加工。
目前我国国内厂商正积极与瑞士原厂共同研发添加某种X微量元素的四元Cr基涂层,其实适用温度达到1100以上,涂层与基体附着力优良,具有更好的热硬性、隔热性、切削刃稳定性、抗粘性及排屑性,能有效降低切削力,综合性能比其他品牌AlCrN涂层更为优越,使其更适合应用于硬切削、高温、高切削力(对刀刃)等极端环境(高硬度淬硬钢的铣削、钻削,微细刀具精加工等),能用于球刀、立铣刀、刀粒等刀具。相对市面上常见的同应用范围的涂层(AlTIN等),其寿命能提高接近两倍。