涂层刀具发展历史

2021-07-13 10:10

19世纪陶瓷制备工艺成熟,1938年陶瓷刀具率先在德国出现,陶瓷承受温度高、耐磨损,但是韧性较低,容易崩刃,制作成本昂贵,并没有得到广泛推广应用,目前商业化的陶瓷刀具主要包括氮化硅刀具及混合陶瓷材料刀具。

二十世纪60 年代,数控加工技术取得突飞猛进的发展,相应的也刺激了刀具的研发与创新。1969 年,瑞典的山特维克钢厂在硬质合金刀具上涂覆了碳化钛涂层刀具进入了人们的视线。随后,1972年,美国的工程师邦沙和古兰也开发了在硬质合金刀具上面制备碳化钛和氮化钛涂层的工艺,开启了刀具涂层的先河,使得传统刀具进入了一个全新的领域。涂层刀具是利用化学气相沉积方法(CVD)或者物理气相沉积方法(PVD),在强度和韧性较好的硬质合金或者高速钢基体上涂覆一层、或者多层耐磨和硬度高的材料,实现刀具一刀多用和高效切削。刀具涂层技术是现代切削刀具表面改性的重要途径,涂层刀具在发达国家占刀具使用总量的70%左右,并且这一比例并不断扩大。

近年来,航空和航天工业中的无人机,汽车领域中的电动汽车以及公共交通领域中的高速列车等追求轻型化和低能耗,然而传统的钢铁材料难以满足以上需求。因此,工业使用材料向着材质轻量化、高比强度方向发展,其中铝合金钛合金、炭纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料、纤维增强金属、石墨模具、陶瓷等新材料也不断涌现。由于这些材料强度以及韧性高、难加工,因此,加工以上材料的刀具需要更高的耐磨性和硬度。

刚石作为世界上最硬的材料,有超高的弹性模量(800-900 GPa),高的热导率,较低的摩擦系数以及稳定的物理化学性能,是刀具涂层的最佳选择材料。在20 世纪80年代化学气相沉积制备金刚石薄膜工艺日趋成熟,推动了金刚石涂层刀具的发展。金刚石涂层刀具20 世纪90 年代在美国、日本、德国等工业发达国家取得了优异的研究成果。1987年,美国的Crystallume公司率先在硬质合金片上沉积出金刚石涂层。198810 月日Ashai金刚石工业公司实现了在硬质合金工具上沉积金刚石涂层19909 月在华盛顿召开的第二届新金刚石科技研讨会(ICNDS-T2)上,维也纳理工大学的Benno Lxu报道了他们在硬质合金刀具上沉积CVD金刚石涂层所取得的最新进展,金刚石涂层刀具可应用在切削线路板材料。1993年美国西部金属及工具博览会(Wesete93)上,金刚石涂层刀具使用领域进一步推广,可用于加工高硅铝合金。1995年,在第四届中国国际机床展览会(CIM95)上,瑞典的Sandvik公司,美国的Kennametal公司、及日本的三菱金属公司分别展示了所研发的金刚石涂层刀具产品,从单一刀片到形状复杂的立铣刀、麻花钻等刀具,进一步丰富了刀具基材。目前,德国Cemcon公司可以在80种牌号刀具上实现金刚石镀层。金刚石涂层刀具经过三十年的发展,欧美、日本等工业发达国家有比较成熟的制备工艺、切削工艺,在航空航天、电子、汽车等领域得到广泛应用。

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