化学气相沉积层的优点是:膜层致密,与基体结合牢固,沉积性好,膜厚且比较均匀,膜层质量比较稳定,易于实现大批量生产等。近几年来,cvD技术已广泛应用于机械和仪表零件、刀具和模具等的表面强化,以改善其服役性能及寿命。
用cVD涂覆刀具,能有效地减少在车、铣钻孔过程中出现的磨损,在这里应用了硬质合金刀具和高速钢刀具,特别是车床的转位刀片、铣刀、刮刀和整体钻头等。使用高耐磨性的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物和硼化物等涂层。TiN与金属的亲和力小,抗粘附力和抗月牙形磨损性能比Tin涂层高。因此,刀具上广泛使用的是TiN涂层。
目前,国外先进工业国家加工齿轮广泛使用涂层刀具,估计约有80%的齿轮滚刀和40%的插刀使用了’FiN涂层。这些刀具的寿命增加了4-8倍,并且提高了进给量和切削速度,刀具的抗月牙形磨损性能也显著提高。
为了进一步提高涂层刀具的使用性能,除了单涂层外,近年来还发展了双涂层、三涂层及多层的复合涂层刀片。常用的双涂层有Tic—TiN、Tic —A120,等涂层。三涂层的组合方式很多,例如:Tic.Ti(c、N)一’riN、Tic—Ti(c、N).A170,等涂层,还有多层如Tic- Ti-TiN-A1203等。
这些相互结合的涂层改善了涂层的结合强度和韧性,提高了耐磨性。美国最新的涂层铣刀片使用了A1203—7FiN—Tic复合涂层,基体为专用的抗塑性变形硬质合金。因为该硬质合金有很好的切削性能,Tic涂层和外层的越203结合,抗磨损性能优于si,N4,能显著减少月牙形磨损。经生产实践证明,刀具、冷加工模具等经沉积覆层,其使用寿命提高3~6倍,经济效益非常显著。
化学气相沉积层降低刀具磨损的主要原因为:在切削开始时,切削与基体的直接接触减小,这样刀具和工件之间的扩散过程降低,因此降低了月牙形磨损。即使破坏了表面涂层,仍然能阻挡进一步的磨损,保留的涂层仍然能支持切削工作。重要的是降低了切削和刀具之间的摩擦因数,这样产生的热量减少,因此磨损小。与基体材料相比,沉积层的热导率更小,使更多的热保留在切削和工件中,这样降低了磨损效应,使寿命得到提高,明显降低了成本,在切削加工材料时能获得最好的效果。