優化精心設計的塗層功能

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優化精心設計的塗層功能簡介
      山特維克可樂滿一直在探索如何製造出能利用任何殘餘應力的低應力塗層,從而有益於總體刀片性能。該研究的結果是:引入了數種新的刀片牌號。這裡我們……
優化精心設計的塗層功能正文
     

山特維克可樂滿一直在探索如何製造出能利用任何殘餘應力的低應力塗層,從而有益於總體刀片性能。該研究的結果是:引入了數種新的刀片牌號。這裡我們主要看應力及其在刀片性能中所起的作用。

 

刀具塗層的主要功能是通過提高切削速度或進給率來改進生產效率。引入任何新的刀片塗層,其推動因素都是為了確定發生刀片故障的可能原因,並制定出能明確應付這些問題的塗層屬性。一種精心設計的塗層,每一個方面都有不同的功能;它是塗層工藝和塗層材料的結合,以防止刀片出現故障,並促使刀片發揮更好的性能。

 

塗層已成為現代切削刀具材料不可分割的部分,如今出售的絕大多數刀片都採用各種塗層技術。多層塗層由數層薄塗層堆積而成,各層之間以中間層分隔。利用多層塗層,人們可以根據特定的加工作業,改變各塗層之間的特性,還能確保塗層與刀具基底和諧工作,因此正日益受到人們的歡迎。

 

採用多層塗層,刀片可獲益於各層屬性的結合,從而優化金屬去除率。通過增添數層塗層,刀具製造者能依據特定的材料或應用場合,製造出具備特定性能的刀片,也可以製造出具備廣泛性能的刀片,用於應對各種材料或應用場合。

 

現在,人們將山特維克可樂滿的多層塗層用於供車削的GC4225上和供磨削的GC4240上。還用於供車削的GC3205、GC3210、GC3215和GC3220上。它們採用氮碳化鈦(TiCN)、三氧化二鋁(Al2O3)和氮化鈦(TiN),再加上多種中間薄塗層。

 

一般而言,各類刀具應用場合中使用的材料要承受內外兩種應力。就刀片而言,外應力是在作業中作為切削刀具的一部分所承受的應力。刀片的製造工藝也會引入內應力,主要是拉伸應力和壓縮應力。在塗層溫度下,塗層和基底都免受應力。塗層的膨脹係數較大,因此,冷卻時,塗層的收縮會大於基底。這樣就會對錶面造成拉伸應力,而對基底產生壓縮應力。這些表面應力會形成表面裂紋,並進一步向下擴散。通過降低拉伸應力,就會大大降低這種開裂「傾向」,刀片也能承受更多的不當使用情況。

 

因此,從功能角度而言,盡量消除拉伸應力是很重要的,因為拉伸應力是造成裂紋擴散的主要因素。壓縮應力往往較為有利,能幫助阻遏裂紋擴散。

 

共有屬性

 

不可避免地,刀具基底和塗層具備類似的屬性。兩者都要求具備很高的硬度、斷裂韌性和耐磨強度。

 

多層塗層還有助於納入其它造成塗層和基底失配以及造成應力的參數。例如,熱膨脹係數決定塗層和基底之間的界面熱失配應力。

 

耐磨塗層與刀具表面的結合是一個關鍵要求,這是因為,除非塗層與刀具很好結合,否則,塗層不可能發揮作用。在化學塗層的塗覆工藝中,相對比較容易達到良好的結合,方法是在塗層和基底之間形成誘發擴散的界面。

 

在山特維克可樂滿所取得的成果中,中溫化學蒸鍍(MT-CVD)工藝和新的應力減低後期處理工藝占很大一部分。MT-CVD工藝用於氮碳化鈦或氧化鈦塗層。其拉伸應力值往往較低,更適合將斷裂韌性、耐磨強度、化學耐磨性和耐熱裂性等特性結合在一起。這樣可以改進刀片的性能。

 

工藝上的考慮

 

工藝決定了刀片的結構,而刀片結構又決定了刀片的屬性。於是,形成了塗層晶體的柱狀方向和理想的顆粒尺寸。晶體呈縱向方向,表面更硬,是集中發生磨損的地方。此外,晶體之間的遞減應力線將機械應力耗散到基底材料中。材料原子之間的鍵長被縮短,這也有助於消除拉伸應力。如果由於高溫和機械衝擊而造成微裂,穿透表面塗層,那麼,這些微裂會沿晶體之間的應力線向下耗散。剩餘的應力抵達基底時,就會被吸收,而不會擴散成更大的裂縫。這樣,刀片就具備韌性和強度。

 

MT-CVD氮碳化鈦與三氧化二鋁(Al2O3)等氧化物塗層結合使用。該塗層是一種細粒、柱狀、α相氧化鋁塗層。這是一種很硬的材料,提供一種溫度屏障,能保護刀具的內體免受額外高溫。山特維克可樂滿研製的后處理工藝是刀片生產工藝的最後階段。它形成低應力刀片塗層和光滑的塗層表面。 它還通過彌合塗層表面附近的冷卻裂隙,來盡量合攏冷卻裂縫。

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