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何宗益
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.
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