国内外切削刀具涂层技术的发展（七）

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　　PVD技术出现于二十世纪七十年代末，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刀具的涂层。由于采用PVD工艺可大幅度提高高速钢刀具的切削性能，所以该技术自八十年代以来得到了迅速推广，至八十年代末，工业发达国家高速钢复杂刀具的PVD涂层比例已超过60%。PVD技术在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视，人们在竞相开发高性能、高可靠性涂层设备的同时，也对其应用领域的扩展尤其是在硬质合金、陶瓷类刀具中的应用进行了更加深入的研究。研究结果表明：与CVD工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度无影响(试验结果见表1)；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。随着高速切削加工时代的到来，高速钢刀具应用比例逐渐下降、硬质合金刀具和陶瓷刀具应用比例上升已成必然趋势，因此，工业发达国家自九十年代初就开始致力于硬质合金刀具PVD涂层技术的研究，至九十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立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。

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　　表1不同温度下PVD涂层对硬质合金材料抗弯强度的影响

　　硬质合金牌号-平均抗弯强度(MPa)-未涂层-涂层(300℃)-涂层(600℃)-涂层(700℃)M20-2109-2266-2129-2059M30-2285-2469-2370-1894

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　　目前PVD技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度，涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx等多元复合涂层。ZX涂层(即TiN-AlN涂层)等纳米级涂层的出现使PVD涂层刀具的性能有了新突破。这种新涂层与基体结合强度高，涂层膜硬度接近CBN，抗氧化性能好，抗剥离性强，而且可显著改善刀具表面粗糙度，有效控制精密刀具的刃口形状及精度，其精密加工质量与未涂层刀具相比毫不逊色。

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　　经过几十年的研究和开发，各种刀具涂层工艺已广泛应用于硬质合金和高速钢切削刀具。涂层工艺的主要发展阶段及应用领域见表2。

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　　表2主要涂层工艺发展时段及应用领域

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　　时间-涂层成分-涂层方法-主要应用领域

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　　1968年-TiC、TiN-CVD-硬质合金刀具、模具涂层

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　　1973年-TiCN、TiC+Al2O3-CVD-硬质合金刀具、模具涂层

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　　1979年-TiN-PVD-高速钢刀具涂层

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　　1981年-TiC+Al2O3+TiN、Al-O-N-CVD-硬质合金刀具涂层

　　1982年-TiCN-MT-CVD-硬质合金刀具涂层

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　　1984年-TiCN-PVD-硬质合金、高速钢铣刀、钻头类刀具涂层

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　　1986年-Diamond、CBN-CVD、PVD-硬质合金刀具涂层

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　　1989年-TiAlN-PVD-硬质合金铣刀类涂层(用于钢、铸铁加工)

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　　1990年-TiN、TiCN、TiC-PCVD-模具、螺纹刀具、铣刀等

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