用PVD涂层延长刀具使用寿命

物理气相沉积技术(PVD)常被用在切削刀具上，以延长刀具的使用寿命及提高其硬度。当然，不同的应用情况都有其特定的涂层，能够达到最好的应用效果。

一般情况下，AlTiN是常见的刀具涂层。对于一些特殊的加工材料，Al₂O₃涂层能够取得更好的效果。

在加工过程中，切削刀具将承受几方面的损伤，如切削热、高压、磨损和热振荡。刃口的温度将超过1000℃。这种极端的热量将破坏刀具材料各成分的结合力及其他成分，还有可能导致刀具和被加工材料间发生有害的化学反应。磨损是切削过程中始终发生的情况，刀具和被加工材料间的接触面将承受大于140bar（1bar=0.1MPa）的压力。热振荡：刀具的快速加热和冷却是加工过程中非常普遍的情况；在切削过程中，刀片被加热，当刀片离开切削面时，刀片被冷却。机械振荡在加工断续表面时经常发生。根据具体操作和被加工工件的情况，机械振荡有时扮演着车削加工的角色。粘连磨损经常发生在被加工材料粘连在刀具表面的情况下（形成积屑瘤，图1）。

 
图1 a：没有积屑瘤；b：明显积屑瘤

为了解决上述这些在切削过程中不利因素的影响，许多切削刀具都通过在PVD设备内的电弧沉积技术沉积了一层AlTiN涂层。AlTiN类的涂层主要应用在干式高速切削加工中，具有很多的优点，如高硬度（HV>30GPa），很好的耐磨损性能，很好的耐高温氧化性（850℃），以及低的热传导性。

在一些应用上需要特殊的涂层，如Al₂O₃涂层。比如硬质合金刀片上的Al₂O₃涂层具有抗月牙洼和抗热裂化的优点。Al₂O₃涂层的刀片通常是CVD（化学气相沉积）方法沉积的，但是有一些缺点：因为是在高温下的沉积（1000℃），硬质合金变脆将影响刀片在金属切削方面的应用，尤其是在铣削方面。Al₂O₃的PVD涂层因为其较低的沉积温度范围（一般在350～600℃）带来了很多优点。特别是高温稳定性，化学稳定性和低导热导电性能是其优于其他涂层的特点。在不锈钢的铣削或者是难切削材料的切削方面，PVD的Al₂O₃涂层与传统PVD涂层相比显示了更好的性能。

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