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新型纳米涂层及其设备6 l, m) W7 }' Y1 H
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1 [# U% p1 ]9 F在高性能刀具涂层中，(Ti,Al)N类涂层的市场份额约占25%～55%。这是由于(Ti,Al)N类涂层的优良性能，包括很高的硬度(25～38GPa)和较低的内应力(-3～5GPa)，并且在800℃时硬度只降低30%～40%；此外，还显示出很高的抗氧化能力，在800℃时，氧化速度约为15～20μm/cm，这相当于TiCN涂层在400℃时或TiN涂层在550℃时的氧化速率；最后，这种涂层的导热率低，与TiN涂层相比，其导入的热量低30%。
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目前，涂层行业还在做大量的工作，以进一步改进(Ti，Al)N类涂层的优良性能，例如： 9 Y$ Q" ^; V9 |1 z( r: o. N
4 ~$ x+ l- }( x3 y6 ^* x- _ ·把多弧工艺和溅射工艺组合起来； 5 @5 Z% Q5 p5 b' D/ n3 V
·对多弧工艺中产生的大的液滴进行过滤；
' c4 Q6 t. s9 k! r I# q ·优化工艺参数(如弧流、偏压、N2的分压等)； 8 X8 R' ^) W; f* x7 `
·优化涂层的结构(如避免柱状结构以提高抗腐蚀能力)；
3 P) M7 k$ ? r7 i8 |$ W ·开发多层涂层以提高韧性和厚度； $ z. _ E5 f& B+ O
·添加其它合金元素如铬、钇(进一步提高氧化能力)、锆、钒、硼、铪(进一步提高韧性)以及硅(进一步提高硬度和化学稳定性)。
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这些优化(Ti,Al)N类涂层工作的主要任务是，开发纳米多层涂层和提高Al的含量。 2 t) y# Z7 P, p3 A: H8 Q
6 O& P# @1 h% x; z4 T 开发纳米多层涂层和提高涂层的含Al量 # F9 w; C4 X- o' o( L8 T
1 H, N2 r; ?+ Q 把现有的多层涂层工艺精细化就可以实现纳米多层。在由TiNCrN层与AlN层交替涂覆形成的纳米多层涂层中，层间的距离(交替的周期)对硬度的影响表现为硬度随着周期的减小而提高，其原因是构成多层的材料具有不同的弹性模量；当层距变得更小时，硬度又会下降，这是因为各层之间的界面变得不清晰所致，如果界面清晰，不会现出硬度降低的现象。关于涂层的结构，有研究指出，AlN在层距大于10nm时为六方结构，在10nm以下为立方结构。 9 C, M$ H0 F r6 D$ U+ ~- @
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涂覆纳米涂层必须对阴极靶的控制与工件(刀具)的转动实现精确的同步，因此，适用于对同一种工件的批量处理，如果处理的是不同尺寸的工件，那么层距就会变化，一把涂有层距变化的纳米涂层刀具，其耐用度会由于切削温度的变化而降低。要想在一次装炉中在不同的工件上涂出不变的层距，涂层的成本会很高。 ' }1 ?$ q1 ]; F8 t7 O1 M
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与此同时，世界上著名的涂层公司都在研究提高(Ti,Al)N类涂层的Al含量，目的是提高硬度(主要是高温硬度)、耐磨性、抗氧化能力，以改进刀具的切削性能。为了与通常的TiAlN涂层有所区别，目前把Al含量超过50%的涂层称为AlTiN。于是有了含Al量67%、75%，甚至80%的涂层，但Al的含量是有限变的，超过这个限度，涂层的性能反而变坏。实践证明，一方面要尽量提高有效的铝含量，同时又要保持不变的层距，这很难做到。因此，只有用新的原理才能有新的突破，下面介绍的纳米复合物(Nanocomposite)涂层就可满足上述要求。 3 W* p9 }2 ?2 h* @3 s M9 v
) G# g! U R8 q9 d% B8 Q3 W. ?8 J 纳米复合物(Nanocomposite)涂层 . U$ @8 Q5 u3 A: H7 G# W
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通过同时沉积几种性质很不同的材料(如Ti、Al、Si)，且形成的组织成分没有完全分解，就会形成两相组织——TiAlN的纳米晶粒镶嵌在非晶态的Si3N4基体里，形成蜂窝结构，其晶界能起阻断裂缝进一步延伸的作用。这个涂层除了有很高的硬度外，其耐热性也很好，硬度可保持到1100℃，很适合高效、干式切削加工的需要。此外，把纳米复合物涂层与纳米多层结构相结合，其性能更好。该多层涂层的层距为35。 4 e* \: E/ [' t5 X' B) p* Q
% C: [! y- o/ @ 这种涂层结构只有在多弧设备的阴极相互之间靠得很近的情况下才能实现，这就是瑞士platit公司开发的LARC技术和设备。
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" j- R2 b0 A: U+ l- n8 |- L0 L/ n 为了使纳米复合物涂层能经济地应用于工业生产，其涂层设备必须满足以下条件： 8 x/ ~* \. a! f5 j/ M9 W
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·阴极必须相互靠得很近； / L: L, J) R! f9 m0 B' S8 \, E3 m) U9 x
·有高度离子化的等离子体；
) E- L+ f3 S4 T3 f5 k/ ^" s, [ ·能建立很高的磁场强度； # D( ?$ Y$ o7 _1 G
·能很快移动的弧点。 6 m# e8 U8 J( z+ D0 G! M
LARC技术的六大优点
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为了满足上述要求，platit公司开发出一个新的涂层设备，该设备采用了所谓LARC(LAteral Rotating ARC Cathods)——侧装的可旋转的弧阴极技术。该涂层设备的靶是旋转的水冷阴极，磁场由永久磁铁和线圈产生，并可在垂直方向和径向进行控制。可旋转的阴极及侧立的布局是下述LARC技术六大优点的基础。 |
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发表于 2009-8-8 20:02:09
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