CVD、PVD等技術的出現,是切削工具領域中的一次重大的革命。它的出現立即引起了機械制造領域的巨大反響,理想的切削工具應當是既有硬的表面,又 有高的韌性,涂層技術便達到了這個目標。 最早的涂層材料都是陶瓷性質的物質,如TiN、TiC、Al2O3等,近年來,涂層技術又有了很大的發展。超硬 材料涂層正在得到全面應用,許多產品相繼出現在市場上,但國內尚處在實驗階段,預計也會很快突破,超硬材料涂層的發展,使整個現有的切削工具的性能都明顯 得到了提高,面對當前大量涌現的難加工材料,這些新發展的涂層技術將有巨大的適應能力,前景相當喜人。
超硬材料涂層的種類共有三大類,即類金剛石、金剛石和CBN。這些涂層材料均為純金剛石或純CBN,所以硬度與沉積的材料是相同的,和PCD與PCBN相比,因不含結合劑,所以硬度、耐磨性等均有較大的提高。
金剛石涂層和CBN涂層的性能與原材料是相同的,只是薄膜而已,使用時與陶瓷涂層類同。
這里著重介紹類金剛石膜。
類金剛石碳(Diamond-LikeCarbon,簡稱DLC)膜具有與金剛石膜相似的優異性能,其抗摩擦磨損性能良好,且DLC膜制備工 藝日趨成熟,可以在很低的沉積溫度下獲得大面積且表面粗糙度小的DLC膜,而金剛石薄膜則要求較高的沉積溫度(約800℃~1000℃),因此,許多基體 材料受到限制,如高速鋼,而且在大面積上沉積均勻也比較困難,表面也粗糙。因此,DLC膜在許多場合更易獲得應用,如可作磁盤的保護膜。
在涂層切削工具的使用方面,和陶瓷涂層的一樣,涂層基體也必須作很好的處理。一般基體的硬質合金為YG8,其預處理工藝首先用W1金剛石微 粉拋光,再進行表面脫鈷15min,脫鈷液為1:3硝酸水溶液,然后在丙酮中超聲波清洗10min。基體在涂復之前,清洗的工作極為重要。如果是切削工 具,在刃磨中必須保證不能退火。
由于超硬材料涂復的技術歷史尚短,還處在發展之中。相信它也會和陶瓷涂層技術一樣,會更加完善。
厚膜金剛石
金剛石薄膜的合成技術和應用研究在全球范圍發展極為迅速,形成了“金剛石薄膜熱”。在這十多年內,氣相合成的方法發展到二十多種,一般沉積的 速度每小時只1~2μm,如何加快沉積速度一直是人們研究的課題。在近期沉積速度發展到了100μm/h以上,最高達到930μm/h。我們稱之為厚膜金 剛石。我國東方天地金剛石研究所成功地掌握了這門技術,最大的沉積厚度達到了2.3mm。現在已商品化,進入了國際先進行列。
厚膜金剛石不同于PCD之處是沒有結合劑,是純金剛石,所以它的硬度高得多,與天然金剛石不同,它具有各向同性,成本低,因此在許多方面將 取代PCD。用作拔絲模將是均勻磨損,因此拔絲的線材質量明顯優于天然金剛石模具。如果沉積質量進一步提高,在超精密加工中也有取代天然金剛石的可能,因 此頗受超精密領域的重視。