氧化铝刀具涂层技术发展近况玻璃清洗机

氧化铝刀具涂层技术发展近况

金属切削行业的特点表现为技术的迅速进步。市场上最重要的趋势为：

（1）为了提高生产率，采用更高的切削速度。

（2）为了降低成本和环保要求，采用干式加工和/或最小量润滑(MQL)加工。

（3）为了使零件和结构更轻，采用难加工材料，如高强度材料等。

所有这些趋势对刀具涂层的耐磨性、抗塑性变形能力和韧性提出更高的要求。

由于具有很高化学稳定性和有利的热特性，Al2O3是用于金属高速切削的理想刀具涂层材料。值得强调的是： CVD目前仍然是唯一能经济地生产高质量Al2O3涂层的技术。

即使在涂层耐磨性领域的大多数出版文献都在研究PVD，但是，认识到CVD技术(尤其是CVD Al2O3技术)在过去几年里已取得的重大进展是非常重要的。目前有三种Al2O3相（a-Al2O3，k-Al2O3和g-Al2O3）能以受控方式进行CVD沉积。

a-Al2O3是唯一稳定的Al2O3相，随着沉积过程中的热处理、沉积后的热处理以及金属切削过程中产生的热，亚稳定的k相和g相将转变成稳定相。

令人惊讶的是，已经发现稳定的a-Al2O3 比亚稳定的k-Al2O3更难进行工业规模的CVD沉积。其理由之一是：k-Al2O3的晶核形成在具有fcc结构的TiC、Ti(C,N)或TiN层未氧化的表面上顺利地发生。当成核的k-Al2O3相对稳定时，能够生长到相当大的厚度(10μm)。因此，如果成核表面是TiC、Ti(C,N)或TiN(考虑硬质合金时的典型情形)，使用CVD进行成核和生长a-Al2O3是不简单的。这在某种程度上解释了k-Al2O3作为一种涂层材料的普遍性，而且如今仍然有很多商业化的CVD Al2O3涂层由k-Al2O3组成。

具有完全成核控制的沉积a-Al2O3和k-Al2O3涂层的最新技术水平仅仅是在最近达到了工业规模。氧化铝相通过Al2O3自身沉积之前的成核措施进行控制，而且所有的个体Al2O3层(k-Al2O3和a-Al2O3)使用相同的工艺参数进行沉积。这种技术使得CVD Al2O3涂层的相含量被完全控制。

如上所述，k-Al2O3是亚稳定的，而且可能在沉积过程以及切削过程(尤其在切削速度高时)中转变成稳定的a-Al2O3相。相的转变碰到的体积收缩将降低并最终破坏k-Al2O3层的粘结力。因此，就沉积和耐磨性(尤其在切削速度高时)而言，a-Al2O3相应该是最佳和最安全的选择。细颗粒和无缺陷的a-Al2O3可显著提高耐磨性。

对于车削应用，评估了有纹理的涂层的耐磨性。在预先确定Al2O3层的相含量和生长纹理方面，晶核形成表面的化学性质是一种重要的因素。最优化的成核作用使得磨损性能显著提高，而且这些种类的a-Al2O3层通常由相对较小的、表现为无孔隙度的无缺陷颗粒组成。[1 0 1 4]结构的a-Al2O3 层表现出最佳的耐磨性。

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