為什麽要研究高鋁altin塗層新型工藝
塗層刀具有四種：塗層高速鋼刀具，塗層硬質合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金剛石或立方氮化硼)刀片上的塗層刀具。但以前兩種塗層刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的塗層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度(可提高10%以上)，可減少刀片的崩刃及破損，擴大應用範圍。
塗層方法
目前生產上常用的塗層方法有兩種：物理氣相沈積(PVD) 法和化學氣相沈積(CVD) 法。前者沈積溫度為500℃，塗層厚度為2~5μm；後者的沈積溫度為900℃~1100℃，塗層厚度可達5~10μm，並且設備簡單，塗層均勻。因PVD法未超過高速鋼本身的回火溫度，故高速鋼刀具壹般采用PVD法，硬質合金大多采用CVD法。硬質合金用CVD法塗層時，由於其沈積溫度高，故塗層與基體之間容易形成壹層脆性的脫碳層(η相)，導致刀片脆性破裂。近十幾年來，隨著塗覆技術的進步，硬質合金也可采用PVD法。國外還用PVD/CVD相結合的技術，開發了復合的塗層工藝，稱為PACVD法(等離子體化學氣相沈積法)。即利用等離子體來促進化學反應，可把塗覆溫度降至400℃以下(目前塗覆溫度已可降至180℃~200℃)，使硬質合金基體與塗層材料之間不會產生擴散、相變或交換反應，可保持刀片原有的韌性。據報道，這種方法對塗覆金剛石和立方氮化硼(CBN)超硬塗層特別有效。
用CVD法塗層時，切削刃需預先進行鈍化處理(鈍圓半徑壹般為0.02~0.08mm，切削刃強度隨鈍圓半徑增大而提高)，故刃口沒有未塗層刀片鋒利。所以，對精加工產生薄切屑、要求切削刃鋒利的刀具應采用PVD法。塗層除可塗覆在普通切削刀片上外，還可塗覆到整體刀具上，目前已發展到塗覆在焊的硬質合金刀具上。據報道，國外某公司在焊接式的硬質合金鉆頭上采用了PCVD法，結果使加工鋼料時的鉆頭壽命比高速鋼鉆頭長10倍，效率提高5倍。
金剛公司推出的各種新型塗層
塗 層 顏 色 硬 度HV 厚 度μm 摩擦系數 最高使用溫度℃ 說 明 ZrCN復合 蘭灰 2500 1-4 0.3 550 通用性強
TiN單層 金黃 2300 1-4 0.4 500 高性價比塗層
TiAlN復合 紫色 3200 1-4 0.5 800 通用性強
AlTiN復合 黑 3400 1-4 0.5 900 高速、高硬度加工
TiAlCrN 亞黑 3500 1-4 0.6 1000 特殊加工領域
TiCN漸層 灰黑 3000 1-4 0.4 400 高韌性通用塗層
CrN漸層 銀亮 2000 3-15 0.5 700 適用加工銅、鈦、模具
DLC 黑彩 1000~4000 0.5-2 0.05 400 適用於有色金屬、石墨、塑膠
塗層材料
塗層材料須具有硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、不與工件材料發生化學反應、耐熱耐氧化、摩擦因數低，以及與基體附著牢固等要求。顯然，單壹的塗層材料很難滿足上述各項要求。所以硬質塗層材料已由最初只能塗單壹的TiC、TiN、Al2O3，進入到開發厚膜、復合和多元塗層的新階段。新開發的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多層塗層與TiC、TiN、Al2O3等塗層的復合，加上新型的抗塑性變形基體，在改善塗層的韌性、塗層與基體的結合強度、提高塗層耐磨性方面有了重大進展。目前，又突破了在硬質合金基體上塗覆金剛石薄膜技術，全面提高了刀具的性能。
工藝最成熟和應用最廣泛的硬質塗層材料是TiN，但TiN與基體結合強度不及TiC塗層，塗層易剝落，且硬度也不如TiC高，在切削溫度較高時膜層易氧化而被燒蝕。TiC塗層有較高的硬度與耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐沖擊。TiCN兼有TiC和TiN兩種材料的優點，它在塗覆過程中可通過連續改變C、N的成份控制TiCN性質，並形成不同成份的多層結構，可降低塗層的內應力，提高韌性，增加塗層的厚度，阻止裂紋的擴展，減少崩刃。所以，目前生產的壹些刀片，如瑞典Sandvik公司推薦用於加工鋼料的GC4000系列刀片、中國株洲硬質合金廠生產的CN系列刀片、日本東芝公司的T715X和T725X塗層刀片中均有TiCN塗層成份。TiCN基塗層適於加工普通鋼、合金鋼、不銹鋼和耐磨鑄鐵等材料，用它加工工件時的材料切除率可提高2~3倍。
TiAlN、CrN、TiAlCrN是近幾年來開發的硬質塗層新材料。TiAlN塗層刀片已商品化。它的化學穩定性和抗氧化磨損性能好，用其加工高合金鋼、不銹鋼、鈦合金和鎳合金時的刀具壽命可比TiN塗層高3~4倍。此外，TiAlN塗層中如果有合適的鋁濃度，切削時在刀具前刀面和切屑的界面上還會產生壹層硬質的惰性保護膜，該膜有較好的隔熱性，可更有效地用於高速切削。例如，美國Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN塗層，是專為高速銑削合金鋼、高合金鋼和不銹鋼等高性能材料而設計的。CrN是壹種無鈦塗層，適於切削鈦和鈦合金、銅、鋁以及其它軟材料，化學穩定性好，不產生粘屑。TiAlCrN是壹種梯度結構塗層，不僅具有高的韌性和硬度，而且摩擦因數也較小，適用於銑刀、滾刀、絲錐等多種刀具，切削性能明顯優於TiN。
德國某公司開發了Supernitride塗層系列，其中超級氮化鈦塗層有很高的含鋁量，可形成穩定的氧化層(氧化溫度達1000℃)，它比壹般的TiAlN塗層更硬、更致密、更耐高溫，適用於高速切削、幹式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高達58HRC以上的淬火鋼。
此外，納米超薄膜塗層工藝已日趨成熟。據報道，日本某公司推出了壹種高速強力型鉆頭，它是在韌性好的K類(WC+Co)硬質合金基體上交互塗覆了1,000層TiN和AlN超薄膜塗層，塗層厚度約2.5μm。使用表明，該鉆頭的抗彎強度與斷裂韌性可大幅度提高，其硬度則與CBN相當，刀具壽命可提高2倍左右。該公司還開發出ZX塗層立銑刀，超薄膜鍍層數達2,000層，每層厚度約1nm，用該立銑刀加工60HRC的高硬度材料，刀具壽命遠高於TiCN和TiAlN塗層刀具。第八屆中國國際機床展覽會(CIMT2003)上，瑞士某公司推出的納米結構塗層(AITiN/SiN) 立銑刀，其塗層硬度為45GPa，氧化溫度1100℃，切削對比試驗表明，其壽命比TiN塗層立銑刀高3倍，比TiAlCN塗層立銑刀高2倍。除上述AITiN/SiN、TiAlCN新塗層外，還有特定功能的塗層，如MoS2、DLC潤滑塗層，其摩擦因數小(0.05)，適於塗覆絲錐、鉆頭等刀具，可改善排屑性能，或者作為復合塗層的表面塗層，減少切屑的粘結。