硬 质合金作为一种工具材料，由于其具有高硬度、高强度、高弹性模量、耐磨损和耐腐蚀等性能，已广泛应用于各种切削工具、矿用工具和耐磨耐蚀零部件。为适应各 种服役条件，提高使用效率，针对传统硬质合金存在硬度高而韧性低的矛盾，人们开发了诸如梯度硬质合金、超细硬质合金材料。近年来，随着功能梯度材料概念的 提出，功能梯度硬质合金正在发展成为当前硬质合金领域的重要研究内容之一。为了提高硬质合金切削工具的切削性能和使用寿命，可在合金的表面涂上薄层高硬度 耐磨材料。由于不同材料的热膨胀系数不同，涂层材料在冷却过程中可能因热应力而产生裂纹。由于涂层材料的脆性通常裂纹更容易在涂层表面产生并向基体中扩 展。为了尽可能防止由于裂纹扩展而导致的材料失效，并有利于获得高性能的硬质合金切削工具材料，可对基体进行梯度处理，使在基体表面区域形成缺立方相碳化 物和碳氮化物的韧性区域，此区域的粘结剂含量高于基体的名义粘结剂含量。当涂层中形成的裂纹扩展到该区域时，由于其良好的韧性，可以吸收裂纹扩展的能量， 因而能有效地阻止裂纹向合金内部扩展，提高硬质合金切削工具的使用性能。
梯度硬质合金基体的制备
要获得性能良好 的涂层梯度硬质合金产品，涂层基体的制备是一个非常关键的问题。涂层必须与合适的基体结合才能达到预期的性能。具有梯度结构的表面富钴合金基体则使涂层切 削刃强度更高，提高了涂层抗裂纹扩展能力，提高了基体与涂层的结合强度以及刀具的抗弯强度。硬质合金刀片划痕强度实验表明：基体成分相同情况下，梯度结构 涂层刀片的基体与涂层结合强度比无梯度结构涂层刀片的基体与涂层结合强度大。硬质合金刀片的切削实验也表明：基体和涂层成分相同的情况下，有梯度结构涂层 硬质合金刀片的切削性能比无梯度结构涂层硬质合金刀片的切削性能优良。
梯度硬质合金基体可通过分段烧结工艺制备。第一阶段预烧结， 将试样在氮气保护下升温(升温速度为5℃/min)，升温到400℃时保温1h脱蜡；温度到1380℃时，保温1h使合金致密化后，冷却至室温。第二阶段 梯度烧结，在真空状态下，将预烧结后试样由室温升至烧结温度并保温2h后随炉冷却至室温。
含氮硬质合金梯度烧结是在真空气氛中进行 的，合金内部的氮活度大于表面氮活度，内部的氮原子向表面进行扩散。而N原子与Ti原子之间存在很强的热力学耦合，所以，在液相烧结温度下，合金内部氮原 子通过液相粘结剂向表面扩散的同时，表面的Ti原子也通过液相粘结剂向内部扩散，扩散将会导致合金表面的TiC、TiN、(Ti，W)(C，N)等立方相 碳化物、氮化物以及碳氮化物发生分解。向合金内部扩散的金属原子与内部的碳，氮等原子发生反应生成一些硬质相碳化物、氮化物以及碳氮化物。由于金属原子向 合金内部扩散导致在合金的表层形成体积空位，从而，液相粘结剂流向合金的表层，在合金的表层形成具有梯度结构的表层韧性区域，这样制备出梯度硬质合金基 体。
梯度硬质合金基体的涂层
为改善硬质合金的切削加工性能，工业发达国家80%以上的硬质合金刀具都经过表面涂覆处理。几十年来，国内外相继开发了双涂层、三涂层以及多涂层的复合刀片，有的涂层数甚至达到几十层、上百层的水平。
硬质合金涂层技术通常可分为化学气相沉积(CVD)技术和<物理气相沉积(PVD)技术两大类。
涂层材料的选择
刀具磨损机理研究表明，在高速切削时，刃尖温度最高可达900℃，此时刀具的磨损不仅是机械磨损，还有粘结磨损、扩散磨损及氧化磨损。因此，可将切削过程视为一个微区的物理化学变化过程。涂层材料的选择对于涂层能否在刀具上发挥其应有的作用有很大的影响。
碳化钛是一种高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能；氮化钛的硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀具与被加工工件之间的摩擦系数。 从涂层工艺性考虑，两者均为较理想的涂层材料，但无论谈化钛还是氮化钛，单一的涂层均很难满足高速切削对刀具涂层的综合要求。
碳氮 化钛(TiCN)是在单一的TiC晶格中，氮原子(N)占据原来碳原子(C)在点阵中的位置而形成复合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理 想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有TiC和TiN的综合性能，其硬度高于TiC和TiN，因此是一种较理想的刀 具涂层材料。
在抗氧化磨损和抗扩散散磨损性能上，没有任何材料能与氧化铝(Al2O3)相比。但由于氧化铝与基体合金的物理、化学 性能相差太大，单一的氧化铝涂层无法制备出理想的涂层刀具。多涂层及相关技术的出现，使涂层既可提高与基体的结合强度，同时又能具有多种材料的综合性能。
到目前为止，硬质合金刀片的涂层大致可分为4大系列：TiC/TiN、TiC/TiCN/TiN、TiC/Al2O3和TiC/Al2O3/TiN。前两者适用于普通半精及精切加工，后两者适用于高速及重负荷切削。
化学气相沉积(CVD)技术
化学气相沉积(CVD)是硬质合金领域的一个重要技术突破，它借助一种或几种含有涂层元素的化合物或单质气体在放置有基材的反应室里的气相作用或在基材 表面的化学反应而形成涂层，常见的CVD技术是以含C/N的有机物乙氰(CH3CN)作为主要反应气体，与TiCl4、H2、N2在700~900℃下产 生分解、化学反应生成TiCN。涂层有效地提高了硬质合金制品表面硬度和耐磨性，延长硬质合金制品的使用寿命，减少损耗，提高机加工效率。
20世纪60年代以来，CVD技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。80年代中后期，美国已有85%硬质合金工具采用了表面涂层处理，其中CVD涂层占到99%，到90年代中期，CVD涂层硬质合金刀片在涂层硬质合金刀具中仍占80%以上。
80年代末，Krupp.Widia开发的低温化学气相沉积(PCVD)技术达到了实用水平，其工艺处理温度已降至450~650℃，有效控制了η相的 产生，可用于螺丝刀具、铣刀、模具的TiN、TiCN、TiC等涂层，但迄今为止，PCVD工艺在刀具涂层领域的应用并不广泛。
90年代中期，中温化学气相沉积(MTCVD)新技术的出现使CVD技术发生了革命性变革。采用MTCVD技术可获得致密纤维状结晶形态的涂层。涂层厚度 可达8~10μm。这种涂层结构具有极高的耐磨性、抗热震性和韧性。MTCVD涂层硬质合金刀片适于在高温、高速、大负荷、干切条件下使用，其使用寿命可 比普通涂层硬质合金刀片提高一倍左右。
我国从20世纪70年代初开始研究CVD涂层技术，由于该项技术专用性较强，国内从事研究的 单位不多。80年代中期，我国CVD刀具涂层技术的开发达到实用化水平，工艺技术水平与当时的国际水平相当，但在随后的十多年里发展较为缓慢。我国的低温 化学气相沉积(PCVD)技术的研究始于90年代初，PCVD技术主要用于模具涂层，目前在切削刀具领域的应用也十分有限。90年代末期，我国开始中温化 学气相沉积(MTCVD)技术的研发工作。
物理气相沉积(PVD)技术
物理气相沉积主要为蒸发镀膜、离子镀 膜和溅射镀膜3大类。真空蒸发镀膜是发展较早，应用也最广的一种PVD涂层技术，目前仍占有世界40%的市场，但用途范围正在缩小。这种技术是在真空条件 下采用电阻、电子束等加热镀膜材料，使其熔化蒸发再沉积在合金基体表面形成镀膜。
离子镀膜是在真空条件下通入Ar气等，利用辉光放电使气体和镀膜材料部分离化，并使离子轰击靶打出靶上的材料离子，使其沉积在合金基体的表面。离子镀膜在切削工具超硬材料镀膜中应用较为成功的技术是多弧离子镀膜。
溅射镀膜是在真空室中，利用荷能离子轰击靶材表面，通过离子的动量传递轰击出靶材中的原子及其它粒子，并使其沉积在合金基体表面形成镀膜的技术。溅射镀膜能实现大面积快速沉积。
PVD技术出现于20世纪70年代末，由于其工艺处理温度可控制在500℃以下，因此可作为最终处理工艺用于高速钢类工具的涂层。由于采用PVD技术可大幅度提高高速钢工具的切削性能，所以该技术自80年代以来得到了迅速推广。
工业发达国家自90年代初就开始致力于硬质合金刀具PVD涂层技术的研究，90年代中期取得了突破性进展，PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异型刀具、焊接刀具等的涂层处理。
我国PVD涂层技术的研发工作开阴极离子镀膜机，并开发了高速钢刀具TiN涂层工艺技术。90年代末国内成功开发出硬质合金TiNTiCNTiN多元复 合涂层工艺技术并达到实用水平。但与国际发展水平相比，我国硬质合金刀具PVD涂层技术仍落后10年左右。目前国外刀具PVD涂层技术已发展到第4代，而 国内尚处于第2代水平，且仍以单层TiN涂层为主。
PVD、CVD涂层技术
对比目前约有80%的硬质合金刀 具采用CVD技术进行超硬材料涂层。自20世纪80年代初TiNPVD涂层高速钢刀具投入工业应用以来，人们一直在探索能否用PVD代替CVD工艺对硬质 合金刀片进行涂层。因为与CVD涂层技术相比较而言，PVD涂层技术有以下几个优点：(1)PVD技术沉积温度低，可以在500℃左右沉积TiN等超硬涂 层，因此不会降低基体材料原有抗弯强度，涂层与基体间也不会产生η相，扩大了应用范围；(2)涂层具有微细结构，在涂层内部产生压应力，抗裂纹扩展能力 强；(3)涂层表面光滑，比CVD涂层更能有效地阻止前刀面上的横裂纹扩展，同时可降低摩擦系数；(4)可以使用刃口锋利的刀具作基体，这一点对于高速切 削非常重要。
尽管PVD涂层有CVD涂层难以比拟的优点，但实践表明，一般车削(部分铣削)刀片的TiC/Al2O3或TiC /Al2O3/TiNCVD涂层性能仍优于PVD涂层，这里除CVD技术可进行αAl2O3涂层外，涂层与基体的结合强度比PVD涂层高也是其性能优于 PVD技术的一个重要因素。涂层硬质合金刀片的划痕实验表明，PVD涂层的临界载荷一般为30~40N，而CVD涂层的临界载荷可>90N；CVD 涂层的厚度可达8~0μm，而PCD涂层的厚度必须控制在3~5μm，否则涂层容易产生剥落现象。此外硬质合金刀片CVD涂层工业化成本低于PVD涂层， 这也是CVD技术应用更为广泛的原因之一。
CVD和PVD两种技术在硬质合金刀具涂层中仍将并存和相互补充，并因其自身的优点而在 刀具涂层比例中占有各自的份额。一般说来，高速钢等钢制工具、锋利的硬质合金精切刀片和硬质合金整体多刃刀具采用PVD技术涂层比较理想。其余大部分硬质 合金刀片均可采用CVD技术涂层。而且，CVD涂层也在不断发展，目前除采用中温CVD涂层以减小硬质合金强度的降低幅度外，还可采用计算机精确控制单层 涂层厚度，避免涂层形成柱状晶，以满足精切硬质合金刀片的涂层要求。
梯度硬质合金基体表层碳含量的控制
硬质合金 中碳含量控制是一个非常关键的问题。当合金中缺碳时，在合金中会形成脆性η相，η相的出现将大幅降低硬质合金的断裂韧度和强度。目前已知的η相主要有 M6C型的Co3W3C、Co2W4C；M12C型的Co6W6CF、Co6W6C104F；Co3W9C4，除此之外，还有Co2W6C、 Co2W8C3和Co3W10C4等。当合金中碳过量时，合金中的石墨相也将对合金的性能产生不利影响。采用化学气相沉积方法在梯度合金基体表面涂敷 TiC高硬耐磨材料，在1000℃时，发生如下反应：TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2
化学反应过程中生成的TiC沉积在基体的表面，然而实验发现，在化学气相沉积TiC涂层过程中，伴随着如下反应的进行：TiCl4+C+2H2TiC+4HCl
反应的结果将导致在涂层基体的表面脱碳，从而在涂层与基体之间形成脆性η相，对涂层工具材料产生不利的影响。为了避免在化学气相沉积TiC过程中涂层与 基体之间脆性η相的形成，通常在制备梯度合金基体时，通过合理的控制制备工艺，在合金基体的表面生成少量的石墨相，这些石墨相在随后的化学气相沉积过程中 与TiCl4和H2反应而被消除。这样硬质合金工具材料在经过化学气相沉积后涂层与基体之间既不存在石墨相也不存在脆性η相，涂层与基体之间具有紧密的冶 金结合，提高了硬质合金涂层工具材料的使用性能。
结语
21世纪中国将成为世界制造业的中心，硬质合金刀具作为制 造业的重要工具，面临巨大的机遇和挑战。先进制造技术的发展，高效能数控机床的大量的使用，新的工件材料不断涌现，要求刀具具备高效率、高精度、高可靠性 和专业化的特点。很显然，国内目前硬质合金刀具的现状与这种要求还存在一定的差距，这是中国快速发展的制造业与落后的工具工业之间的矛盾。我们必须认真学 习借鉴国外刀具企业的管理经验和先进技术，引进消化吸收国外刀具的制造技术，并不断创新，开发出具有中国特色的专、精、特、新产品，使中国的刀具尽快赶上 世界先进水平。
涂层梯度硬质合金刀具具有优异的使用性能，应用领域大，前景十分广阔。要获得性能良好的涂层梯度硬质合金产品，除选 好涂层材料和控制好涂层工艺外，梯度合金基体的制备是一个非常关键的问题。目前国内外研究者对梯度硬质合金涂层基体制备过程的热力学和梯度形成机理进行了 一些有益的研究和探索，但这些研究还只是初步的，尚存在一定的局限性，有待进一步深入研究。
Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
ようこそＢｅｗｉｓｅ Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな
情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。
弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、
豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。
弊社は各領域に供給できる内容は：
（３）鎢鋼エンド・ミル設計
（４）航空エンド・ミル設計
（５）超高硬度エンド・ミル
（７）医療用品エンド・ミル設計
弊社の製品の供給調達機能は：
（４）オートメーション整備調達
弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.
BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.
BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.
留言列表
