4PVD、CVD的涂层技术
4PVD、CVD涂层技术
对比目前约有80%的硬质合金刀具采用CVD技术进行超硬材料涂层。自20世纪80年代初TiNPVD涂层高速钢刀具投入工业应用以来,人们一直在探索能否用PVD代替CVD工艺对硬质合金刀片进行涂层。因为与CVD涂层技术相比较而言,PVD涂层技术有以下几个优点:(1)PVD技术沉积温度低,可以在500℃左右沉积TiN等超硬涂层,因此不会降低基体材料原有抗弯强度,涂层与基体间也不会产生η相,扩大了应用范围;(2)涂层具有微细结构,在涂层内部产生压应力,抗裂纹扩展能力强;(3)涂层表面光滑,比CVD涂层更能有效地阻止前刀面上的横裂纹扩展,同时可降低摩擦系数;(4)可以使用刃口锋利的刀具作基体,这一点对于高速切削非常重要。
尽管PVD涂层有CVD涂层难以比拟的优点,但实践表明,一般车削(部分铣削)刀片的TiC/Al2O3或TiC/Al2O3/TiNCVD涂层性能仍优于PVD涂层,这里除CVD技术可进行αAl2O3涂层外,涂层与基体的结合强度比PVD涂层高也是其性能优于PVD技术的一个重要因素。涂层硬质合金刀片的划痕实验表明,PVD涂层的临界载荷一般为30~40N,而CVD涂层的临界载荷可>90N;CVD涂层的厚度可达8~0μm,而PCD涂层的厚度必须控制在3~5μm,否则涂层容易产生剥落现象。此外硬质合金刀片CVD涂层工业化成本低于PVD涂层,这也是CVD技术应用更为广泛的原因之一。
CVD和PVD两种技术在硬质合金刀具涂层中仍将并存和相互补充,并因其自身的优点而在刀具涂层比例中占有各自的份额。一般说来,高速钢等钢制工具、锋利的硬质合金精切刀片和硬质合金整体多刃刀具采用PVD技术涂层比较理想。其余大部分硬质合金刀片均可采用CVD技术涂层。而且,CVD涂层也在不断发展,目前除采用中温CVD涂层以减小硬质合金强度的降低幅度外,还可采用计算机精确控制单层涂层厚度,避免涂层形成柱状晶,以满足精切硬质合金刀片的涂层要求。
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