前言
刀具材料對於加工效率,加工成本,加工品質及耐用性有很大的影響.隨著機械加工高速高效率的要求,及被加工的素材有高硬度難切削的發展,塗層刀具TiC在1969年被研究開發後,1980年代有快速的發展實用化
發展簡述
塗層刀具,是刀具發展過程中一項重要進展,主要改善,且提升刀具耐磨性,高硬度,耐腐蝕等特性,同時解決了刀具材料中硬度耐磨與強度韌性之間矛盾的方法.塗層刀具是在一些韌性較好的硬直合金鋼或是高速鋼刀具上塗覆一層耐磨性高的難熔化金屬化合物.常用的塗覆材料有TiC TiNAI2O3 .首次應用在硬質合金刀具上塗覆一層TiC,隨後又發展出2層塗覆TiN-AL2O3 每次新的開發,可將切削速度向上進一步提升,之後又有3層TiC- AL2O3 -TiN 塗層,4層5層..也陸續出現,同時切削速度又向上提升,達到高速化的要求,且與不塗層的刀具比較可提高刀具壽命1-3倍.
塗層方法
常用的塗層方法有CVD(化學蒸著法)PVD(物理蒸著法) CVD(化學蒸著法)是利用氣體化學反應以約1000°C的溫度被覆 PVD(物理蒸著法)是將被覆層的主成分金屬蒸發離子化,與氣體反應而在負極處理的母材被覆(約500°C)在高速鋼刀具塗層大多為TiN 常用的方法為PVD,一般用在鑽頭,牙攻銑刀等刀具,塗層厚度只有幾μm,塗層硬度可達約70HRc,相當於一般硬質合金鋼的硬度, 硬質合金鋼的塗層是在韌性較好的硬質合金上塗覆一層耐磨,難鎔化的金屬化合物,一般採用CVD法.
塗層刀具
塗層刀具被覆層只有約幾μm上下的厚度,所以不可能所有的切削性能只靠被覆層表現,母材的特性對刀具性能也有很大的影響.被覆層,材質,層數的改良提升,使刀具性能提高的是母材表面的特性.被覆,塗層後,可以增加耐磨性及耐熱性,但同時也造成母材抗彎強度的減少,為了改善此一缺失在被覆層與母材間加上一層中間層,同時刀具可依據其用途,來選用母材,如,為了強化母材的金屬韌性,可將其周圍部CO濃度含量提高來改善,所以塗層刀具使用在何種金屬切削上,會因不同的刀具製造商,使用不同的母材及母材的硬度特性變化而有所不同.
結語
刀具塗層技術將會更進步,更多元的塗層材料,及應用將會被開發.而塗層刀具也必須適材適性,才能在適當的切削條件下發揮最高的性能.
參考資料: 被覆塗層及超硬刀具應用技術選集—機械技術雜誌社
切削加工技術—全華科技圖書
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