PVD涂层超微粒硬质合金.docx

PVD涂层超微粒硬质合金随着近几年竞争愈加激烈，对制造业提出了更高的 要求在切削加工领域，通过高速、大进给加工以提 高加工效率，缩短加工时间；使用精密刀具实现高精 度、高品质加工以提高附加价值；延长刀具寿命以降 低刀具使用成本；使用最新技术的刀具以改变加工工 序（由研磨、电火花加工变更为切削加工）等各方面, 机加工用户提出了越来越高的要求，切削刀具发挥了 非常大的作用在各种刀具材质中，PVD涂层超微粒硬质合金的进步 最为显著其优异的性能大幅推动了模具和汽车零部 件等钻削加工技术的发展到目前为止，CVD硬质合 金材质为主流的车削加工中也发挥了岀色的性能下 面对PVD涂层超微粒硬质合金〃技术及最新的加工实 例进行介绍超微粒硬质合金硬质合金是主要成分的Wc （碳化鸽、高硬度脆性材 料）分散在Co （钻、低硬度高韧性材料）中的复合材 料，是兼顾硬度与抗弯曲强度的硬质材料中的一种 目前的切削刀具用材料中，在以上的硬质合金上通过 CVD （化学涂层法）PVD （物理涂层法）施加可承受 高速切削的AI2O3或（Ti、Al） N等涂层的硬质合金 涂层材料占据主要位置Co含量和Wc颗粒大小等要素决定了硬质合金的性 质。

Co含量越少的硬质合金的硬度、抗压缩强度、刚 性越高，但同时抗冲击值越低；Wc颗粒越小的硬质 合金的硬度、抗弯曲强度越高，但同时其韧性值越低超微粒硬质合金是为同时提高硬度和抗弯曲强度而开 发的合金材料，与普通的硬质合金相比，在硬度相同 时具有强度高、在强度相同时具有硬度高的特点普 通硬质合金的Wc颗粒为1—6pm （p=10-6）左右, 超微粒硬质合金的Wc颗粒为0.6|jm左右，因为非常 微小所以Wc颗粒周围起到粘结作用的Co成分的厚度 薄，同时，折断起始尺寸小使抗弯曲强度高超微粒 硬质合金最初在细径钻头、立铳刀等整体硬质合金刀 具使用，最近也开始用于可转位刀片但是，虽然超 微粒硬质合金在低温下显示优异的特性，可在高温状 态下容易出现慢性变形，在切削速度高的情况下使用 时，有时会产生塑性变形、磨损增大等现象，请予以 注意但随着近几年粉末制造企业微细WC粉末制造技术及 硬质合金制造商的与合金制造相关的微粒化技术的突 飞猛进，大小为0.4pm左右的WC超细微硬质合金也 出现在市场PVD涂层PVD 是物理气相蒸着法(Physical Vapor Deposition) 的简称，它与CVD的气体在高温下产生化学反应形成 表膜不同，其采用通过电能等物理手法使金属蒸发物 产生离子进行涂层。

与CVD相比PVD涂层的特点如 下PVD与CVD相比，可在低温下进行涂层，硬质合金母 材受的损失小，因此可在涂层时对母材进行选择；CV D的涂层膜有张力所以在耐缺损方面有不利之处与 之相比，PVD涂层产生压缩力，有利于耐缺损，可用 在锋利切削刃的刀具制造PVD涂层可在充分发挥以上特长的加工形态中加以利用具体如下: 要求有锋利切削刃的整体硬质合金刀具；要求耐缺损性强的平面铳刀用刀片；容易因熔付而出现崩刃的低速切削用刀片； 在高温状态下母材硬度降低的高速钢刀具尤其是针对整体硬质合金立铳刀的PVD涂层研发进 步显著以往TiN或TiCN涂层是主流产品，但在20 世纪90年代前期(Ti,AI) N涂层的出现使整体硬质合 金立铳刀的性能大幅提高特别是含AI丰富的(AI,Ti) N涂层通过大幅提高表膜硬度和耐氧化性而实现了对 淬火钢的直接加工，是模具加工的技术创新目前， 针对HRC60左右的超高硬度材料加工用涂层及软钢 加工用涂层等不同用途的专用涂层的开发呈现多样化 的趋势超微粒硬质合金PVD涂层的切削加工实例以下对最新的超微粒硬质合金PVD涂层的切削加工 实例进行介绍1. 平面铳刀用刀片材种VP15TF"三菱公司研制的超微粒硬质合金PVD涂层VP15TF" 是采用具有优异耐磨损性和耐缺损性的超微粒硬质合 金VP15TF"和（AI,Ti） N涂层（三菱公司成为MIRAC LE涂层）的通用性高的材种。

尤其在平面铳刀用刀片 上拥有极高的通用性，可在多种多样的加工中发挥高 性能图1是VP15TF的断面组织照片图1. VP15TF的断面组织照片图2中显示VP15TF对合金钢进行台阶面加工的实 例刀具为三菱公司最新产品“多功能台阶面铳刀AP X3000o此刀具最大特点为切削阻力低，采用更重视 切削锋利性的形状，所以确保刃尖强度更为困难因 此，不仅要求刀片耐磨损性好，同时要求比以往刀具 具有更好的耐磨损性VP15TF满足以上耍求，与以往材种相比可大幅提咼刀具寿命，并同时实现良好的 壁面精度和表面粗糙度图2 VP15TF加工合金钢实例VP15TF也可在大进给粗加工中发挥良好性能图3 显示粗加工淬火钢实例此加工使用我公司生产的大 进给加工用圆弧头立铳刀AJX此刀具在加工HRC53 淬火钢时单刃进给达到过去无法想象的1mm的大进 给，可大幅缩短模具加工时间VP15TF凭借通用性高，在平面加工以外的内圆车 削用刀片、小型自动车床用刀片等不同领域均有产品 推出，并发挥高性能2. 螺纹切削用材种VP10MF"VP10MF是采用硬度极其高的超微粒硬质合金MF10〃 和与VP15TF相同的(AI,Ti) N MIRACLE涂层，它是 具有极高耐磨损性的优异材种。

图4是VP10MF的断 面照片与TF15相比，MF10采用更细微的WC原料 和最佳量的粘结物质从而实现了更高的硬度图4 VP10MF的断面组织照片图5显示使用VP10MF进行螺纹加工的实例刀具 使用我公司最新的螺纹刀具MMT型因螺纹加工中 的被削材料多为不锈钢等容易出现熔付崩刃的材料， 并且对螺纹部表面精度要求高，所以多使用PVD材 种VP10MF为抑止在螺纹加工中容易出现的后刀面 磨损及刀片塑性变形等现象而研制的如图所示可以 看出，与以往材种相比，其后刀面磨损小，塑性变形 也得到大幅抑止并因以上效果使螺纹部位的表面加 工质量良好切削条件被削材料:JIS SCM440 (297HB)刀片：MMT16ER150ISO切削速度：180m/mi n外圆螺距：1.5mm径向进给切削次数：3次（特別条件）湿式图5 VP10MF进行螺纹加工的实例VP10MF凭借其高耐蘑损性，可适用于可转位刀片 式精加工用球头立铳刀SRF,尤其在加工HRC60左右 的高硬度模具钢中发挥出类拔萃的耐磨损性3. 加工高硬度材用整体硬质合金立铳刀IMPACT MIRACLE”最后介绍在整体硬质合金立铳刀的使用情况图6显 示了三菱综合材料神户工具生产的IMPACT MIRACL E立铳刀〃。

此立铳刀是以硬度超过HRC50的高硬度 淬火钢为H标而研制的图 6 IMPACT MIRACLE 立铳刀母材采用新研制的超细微硬质合金，母材硬度达到HRA93.5,尤其是为此种被削材料而研制的涂层采用比以往(AI,Ti,Si) N涂层更先进的单相纳米结晶(Al,Ti,Si) N 涂层〃表 1 显示 IMPACT MIRACLE 立铳刀 的硬质合金母材及涂层与以往产品的比较表1・IMPACT MIRACLE立铳刀的母材及涂层的特性IMPACT MIRACLE 立就刀闵主高硬度材加工用立洗刀母材材神超细微粒硬质台金超微粒硬质合金舷(HRA)93.593.0膜神单相訥来吉晶 (Al,Ti,Si)N(Al,Ti, Si)N礎度(的)3,7003,200徐层氧化开始温度1,3001,100CC)与母材的粘结力10080(N)IMPACT MIRACLE立铳刀与以往产品相比在母材、 涂层及形状上加以改良，在加工高硬度材料时比以往 产品的寿命得以大幅提高图7显示了 IMPACT MIR ACLE立铳刀的加工实例在加工HRC60左右的的高 硬度材料时刀具寿命大幅延长，为降低刀具成本作出 巨大贡献立铳刀的切刃损伤IMPACTMIRACLE 立VFHifD以往产品A以往产品B切削条件被削材料：JIS SKD11(HRC6O)立铳刀：直角立铳刀VF・MD (cp6mm)切削速度：151m/min.进给：0.045mm/tooth切深：ap=6.0mm, ae=0.12mm气排屑加工长度：100m （以往产品B为62m）图7 IMPACT MIRACLE立铳刀的加工实例对今后被切削材料进一步的高硬度、难切削化 IMPACT MIRACLE立铳刀在削减刀具成本方面做出贡 献。

使用它还有望减少电火花加工工序而缩短工序以上介绍了超微粒硬质合金PVD涂层的最新技术及 其加工实例我们希望超微粒硬质合金及PVD涂层的 最新技术可进一步削减成本或实现划吋代的工序革 新，从而为提高制造业的竞争力做出巨大的贡献。