刀具涂層有軟、硬之分,硬質(zhì)涂層是指以追求高的硬度和耐磨性為目標(biāo)的涂層,其特點(diǎn)是硬度高、耐磨性好。硬質(zhì)涂層能夠較好地滿足切削加工過程中高溫、大切削力和摩擦磨損嚴(yán)重的需要。軟質(zhì)涂層是針對不適合或不需硬質(zhì)涂層的加工而設(shè)計(jì)的,旨在通過刀具表面涂鍍一層潤滑性能較好的固態(tài)物質(zhì)(主要為硫族化合物)使刀具表面具有較好的潤滑功能。刀具涂層的性能如下:
1)TiC是一種高硬度的耐磨化合物,是最早出現(xiàn)的涂層物質(zhì),也是目前應(yīng)用最多的一種涂層材料之一,有良好的抗后面磨損和抗月牙注磨損能力。同時(shí)由于它與基體的附著牢固,在制備多層耐磨涂層時(shí),常將TiC作為與基體接觸的底層膜。TiC的硬度比TiN高,抗磨損性能好,對于產(chǎn)生劇烈磨損的材料,用TiC涂層較好。
2)TiN涂層是繼TiC涂層以后采用非常廣泛的一種涂層,是TiC涂層的激烈競爭者。TiN的硬度稍低,但它與金屬的親和力小,潤濕性能好,在空氣中抗氧化能力比TiC好,在容易產(chǎn)生粘結(jié)時(shí)TiN涂層較好。目前,工業(yè)發(fā)達(dá)國家TiN涂層高速鋼刀具的使用率已占高速鋼刀具的50%~70%,有的不可重磨的復(fù)雜刀具的使用率已超過90%。TiN涂層的抗氧化性較差,使用溫度達(dá)500℃,涂層就出現(xiàn)明顯氧化而被燒蝕。
3)Al2O3涂層具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及高的抗氧化性,因此,在高溫場合下,以Al2O3涂層為好。A2O3涂層在高溫下能保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,但由于Al2O3與基體材料的物理和化學(xué)性能相差太大,單一Al2O3涂層無法制成理想的涂層刀具。
4)TiCN和TiAIN屬復(fù)合化合涂層材料,它們的出現(xiàn)使涂層刀具的性能上了一個(gè)臺階。TiCN是在單一的TiC中,氮原子占據(jù)原來碳原子在點(diǎn)陣中的位置而形成的復(fù)合化合物,具有TiC和TiN的綜合性能,其硬度(特別是高溫硬度)高于TiC和TiN,將TiCN設(shè)置為涂層刀具的主耐磨層,可顯著提高刀具壽命。因此,TiCN是一種較為理想的刀具涂層材料。TiAIN是TiN和A2O3的復(fù)合化合物,其既具有TiN的硬度和耐磨性,同時(shí)在切削過程中氧化生成Al2O3,形成一層硬質(zhì)惰性保護(hù)膜,起到抗氧化和耐擴(kuò)散磨損的作用。加工高速鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金時(shí)比TiN涂層刀具壽命提高3~4倍,高速切削時(shí),切削效果明顯優(yōu)于TiN和TiC涂層刀具。TiAIN涂層刀具特別適合加工耐磨材料,如灰鑄鐵、硅鋁合金等。