PVD涂层、CVD涂层、TD处理、硬化镀膜加工各种工艺特点

正确的表面处理具表面处理可以提高工具的使用寿命，减少加工周期，提高加工表面质量。然而，根据加工需要正确选择工具涂层可能是一项令人困惑和困难的工作。

每种涂层在切割加工中都有优缺点。如果选择不当的涂层，可能会导致工具寿命低于未涂层工具，有时甚至会导致比以前更多的问题。

目前已有许多种刀具涂层可供选择，包括PVD涂层、CVD涂层及交替涂层PVD和CVD从刀具制造商或涂层供应商那里很容易获得复合涂层。

本文将简要介绍一些刀具涂层的共同属性和一些常用属性PVD、CVD涂层选择方案。当确定哪种涂层较有利于切削时，涂层的每一个特性都起着非常重要的作用。

1 涂层的特性

硬度

涂层带来的高表面硬度是提高工具寿命的较佳方法之一。一般来说，材料或表面的硬度越高，工具的寿命就越长。

氮碳化钛(TiCN)涂层比氮化钛好(TiN)涂层具有更高的硬度。由于碳含量的增加，TiCN涂层硬度增加33%，硬度变化范围约为Hv3000~4000(取决于制造商)。

表面硬度高达Hv9000的CVD金刚石涂层在刀具上的应用已经成熟PVD与涂层刀具相比，CVD金刚石涂层工具的使用寿命提高了10~20倍。金刚石涂层的高硬度和切割速度可以比未涂层工具提高2~3倍，成为非铁材料切割加工的好选择。

耐磨性

耐磨性是指涂层抵抗磨损的能力。虽然有些工件材料本身的硬度可能不太高，但在生产过程中添加的元素和工艺可能会导致刀具切削刃开裂或钝化。

表面润滑性

高摩擦系数会增加切削热，缩短甚至失效。降低摩擦系数可以大大延长工具的使用寿命。细腻光滑或纹理规则的涂层表面有助于降低切削热，因为光滑的表面可以使切屑迅速滑离前刀面，减少热量的产生。与无涂层工具相比，表面润滑性更好的涂层工具也可以以更高的切削速度加工，从而进一步避免与工件材料的高温焊接。

氧化温度

氧化温度是指涂层开始分解时的温度值。氧化温度值越高，在高温条件下的切割越有利。TiAlN涂层的常温硬度可能低于TiCN但事实证明，它在高温加工中比较好TiCN有效得多。TiAlN涂层之所以能在高温下保持硬度，是因为它可以在刀具和切屑之间形成氧化铝，氧化铝层可以将热量从刀具传递到工件或切屑中。与高速钢刀相比，硬质合金刀具的切割速度通常较高，这使得TiAlN这种涂层通常用作硬质合金刀具的首选涂层。PVD TiAlN涂层。

抗粘结性

涂层的抗粘结性可防止或减轻刀具与被加工材料发生化学反应，避免工件材料沉积在刀具上。

在加工非铁族金属(如铝、黄铜等)时，刀具上经常会产生积屑瘤(BUE)，导致刀具崩刃或工件尺寸过差。一旦加工材料开始粘附在刀具上，粘附就会继续扩大。

用成型锥加工铝工件时，加工后每个孔上粘附的铝会增加，较终使锥直径过大，导致工件尺寸过差报废。抗粘性好的涂层甚至可以在冷却液性能差或浓度不足的加工场合发挥很好的作用。

2 常用的涂层

1 氮化钛涂层(TiN)

TiN一般型PVD涂层能提高刀具硬度，氧化温度高。该涂层用于高速钢切割工具或成型工具，具有良好的加工效果。

2 氮碳化钛涂层(TiCN)

TiCN高速钢刀具的理想涂层是增加工具硬度，获得更好的表面润滑。

3 氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)

TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层能有效提高刀具的高温加工寿命。涂层可用于主要用于干或半干切割的硬质合金工具。根据涂层中铝和钛的比例，AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层表面硬度较高，是高速加工领域另一种可行的涂层选择。

4 氮铬铝涂层(AlCrN)

AlCrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。

5 金刚石涂层(Diamond)

CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工工具提供较佳性能，是石墨、金属基复合材料的加工(MMC)、高硅铝合金和许多其他高磨材料的理想涂层（注：纯金刚石涂层工具不能用于加工钢件，因为加工钢件会产生大量的切割热，导致化学反应，损坏涂层与工具之间的粘附层）。

适用于硬铣削、攻丝和钻孔的涂层有不同的特定使用场合。此外，还可以使用多层涂层，其他涂层嵌入在表面和工具基础之间，可以进一步提高工具的使用寿命。

3 涂层的成功应用

涂层的高性价比应用可能取决于许多因素，但对于每个特定的加工应用，通常只有一种或几种可行的涂层选择。

涂层及其特性的选择是否正确，可能意味着加工性能明显提高，几乎没有改善。切割深度、切割速度和冷却液都可能影响工具涂层的应用效果。

由于工件材料加工中存在许多变量，确定选择哪种涂层的较佳方法之一是通过试切。涂层供应商正在不断开发更多的新涂层，以进一步提高涂层的耐高温、耐摩擦和耐磨性。与涂层（工具）制造商一起验证较新和较佳工具涂层在加工中的应用总是一件好事。