c-BN涂层及其在刀具上的应用

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随着现代切削技术的发展，金属切除率不断提高。1900年，用碳素工具钢刀具车削标准钢棒(Ø500mm×100mm)需用时约100分钟，20世纪50年代采用硬质合金刀具后，加工时间缩短为几分钟。1969年开始采用涂层硬质合金刀具，最初用涂层刀片切削标准钢棒需用时1.5min，而采用GC1025和GC015涂层刀片使加工时间进一步缩短到1.25min和1min。通过对加工过程进行分析可知，要提高切削速度、降低切削成本，在所有加工因素中最经济的办法就是应用新型刀具材料。　　刀具表面涂层是提高刀具寿命、降低切削成本的有效手段。刀具涂层不仅可以提高刀具的表面硬度，增强其耐磨性，而且可以减小刀具表面摩擦系数，增加润滑能力，提高切削速度，减少换刀次数，提高被加工零件的精度和表面质量，从而提高生产效率。目前，在工业发达国家，涂层刀具已占所用全部刀具的80%以上，而我国这一比例尚不及20%，因此推广涂层刀具的应用、开发新的涂层刀具材料具有重大意义。
4 P& y" u# t5 x6 _% |　　c-BN(Cubic Boron Nitride，立方氮化硼)是继人工合成金刚石之后出现的另一种超硬无机材料，它除了具有许多与金刚石类似的优异物理、化学特性，如超高硬度(仅次于金刚石)、高耐磨性、低摩擦系数、低热膨胀系数等，同时还具有一些优于金刚石的特性(c-BN与金刚石的性能对比见右表)。与金刚石不适合加工钢铁材料不同，c-BN对铁族金属具有极为稳定的化学性能，因此可广泛用于钢铁制品的精密加工、研磨等。c-BN除具有优良的耐磨损性能外，其耐热性也极为优良，在相当高的切削温度下也能切削耐热钢、淬火钢、钛合金等，并能切削高硬度的冷硬轧辊、渗碳淬火材料以及对刀具磨损非常严重的Si-Al合金等难加工材料。
) ?; v: }( ^5 ]  y9 g　　c-BN并不是天然存在的，需要靠人工合成，合成c-BN的传统方法是高温高压法。这种方法对合成条件要求苛刻，成本高，而且只能得到c-BN细小粉末，仅能用作磨料和聚晶c-BN刀具。尽管如此，由于使用了粘结剂，这种价格昂贵的刀具的加工性能也大大降低。因此迫切需要开发价格更低、质量更高的c-BN制备技术。