Lớp phủ công cụ PVD mới

Lớp phủ công cụ PVD mới

TiAlN và AlTiN là các lớp phủ công cụ PVD được hình thành bằng cách gửi Al vào TiN. Cho đến nay, việc tăng hàm lượng nhôm trong lớp phủ TiAlN và AlTiN để tăng cường khả năng chịu nhiệt độ cao và độ cứng của lớp phủ công cụ là một vấn đề kỹ thuật lớn được các nhà sản xuất dụng cụ và các công ty sơn phủ quan tâm. Từ năm 1995, quá trình lắng đọng hơi liên quan đã liên tục được nghiên cứu và cải tiến. Đến năm 2000, tỷ lệ nhôm với titan trong lớp phủ TiAlN và AlTiN đã tăng từ 1: 2 lên 3: 2, nghĩa là, hàm lượng nhôm đã tăng từ 33% đến 60%.

Để cải thiện hơn nữa hàm lượng nhôm trong lớp phủ, công ty sơn Balzers có trụ sở tại Liechtenstein đã phát triển một số lượng lớn nghiên cứu và phát triển, đã phát minh ra công nghệ phủ thay thế nguyên tố titan bằng nguyên tố crom và giới thiệu lớp phủ AlCrN một lớp có tên là "BalinitAlcorna "Vào năm 2004. Lớp phủ AlCrN có hàm lượng nhôm cao hơn lớp phủ AlTiN chung và phù hợp với nhiều loại công cụ cắt thép và cacbua tốc độ cao bao gồm cả bánh răng, cối xay và lưỡi phay. Ngoài ra, nó có thể được sử dụng cho các công cụ tiện, nhưng chỉ trong khả năng chịu nhiệt và ổn định khuếch tán của vật liệu ma trận tuyệt vời, chẳng hạn như gốm PCBN và Si3N4. Trong triển lãm EMOHannover2005, công ty balchas cũng đã giới thiệu sản phẩm có tên "BalinitHelica", đây là lớp phủ AlCrN nhiều lớp được thiết kế đặc biệt cho các công cụ khoan. Lớp phủ siêu mịn này có thể được áp dụng cho bất kỳ bit hợp kim cứng hoặc thép tốc độ cao nào, giúp tăng cường đáng kể khả năng chống mài mòn và độ bền cắt của bit, cũng như cải thiện hiệu suất loại bỏ chip của bit.

Khi cấu trúc vi mô của lớp phủ BalinitAlcorna trên ma trận cacbua xi măng được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), có thể thấy rõ rằng độ dày là 3 ~ 4 m và lớp phủ là một lớp duy nhất có cấu trúc liên tục. Trong ảnh SEM của lớp phủ BalinitHelica, cấu trúc lớp phủ nhiều lớp rõ ràng rõ ràng. Tổng độ dày của lớp phủ đa lớp Helica là khoảng 4 m, trong khi 1 ~ 2 m phù hợp hơn với đường kính nhỏ hơn 1/8 ".

Mặc dù lớp phủ PVD 100% Al2O3 (alumina tinh khiết) cung cấp khả năng bảo vệ nhiệt tốt nhất cho các công cụ cắt (các thành phần AlN trong lớp phủ AlTiN và AlCrN "chuyển đổi" thành Al2O3 trong quá trình gia công), lớp phủ này có các ứng dụng hạn chế. Mặc dù công nghệ sơn PVDAl2O3 đã được cấp bằng sáng chế, và đã được sử dụng trong việc sử dụng nguồn điện xoay chiều (hoặc nguồn cung cấp xung dc) ở quy mô phòng thí nghiệm của lò phản ứng nhỏ trên lớp phủ Al2O3PVD, nhưng hiện nay ở quy mô thương mại của lò phản ứng lớn Al2O3PVD lớp phủ vẫn còn rất nhiều vấn đề. Điều này là do Al2O3, không giống như các vật liệu phủ dẫn điện khác, là một chất cách điện. Do đó, quy trình phủ PVD dựa trên nguyên tắc lắng đọng plasma đòi hỏi điện áp phân cực ngoài trong quá trình lắng đọng lớp phủ, nghĩa là phải có một sự khác biệt tiềm năng nhất định giữa công cụ tráng và nguồn đích plasma. Nói tóm lại, tính chất cách điện của alumina làm cho quá trình PVD khá khó kiểm soát. Ngoài ra, nền kinh tế của lớp phủ PVDAl2O3 cũng kém.

Do giới hạn ổn định cấu trúc lớp phủ, hàm lượng nhôm trong lớp phủ AlTiN thực sự đã đạt đến giá trị tối đa (khoảng 65%). Trong lớp phủ dựa trên TiN, cấu trúc tinh thể được chuyển đổi từ mạng tinh thể sang mạng lục giác. Tuy nhiên, trong lớp phủ dựa trên CrN, hàm lượng nhôm có thể được tăng thêm mà không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của lớp phủ AlCrN.

Giống như các lớp phủ khác, khả năng chống biến dạng của lớp phủ AlCrN cũng phụ thuộc vào hình dạng mạng của vật liệu phủ. Lớp phủ với mạng tinh thể có thể duy trì độ cứng màu đỏ cao, nghĩa là lớp phủ có thể duy trì độ cứng cao khi tiếp xúc với nhiệt độ cắt của giao diện phôi / phôi. Một khi cấu trúc tinh thể của lớp phủ được chuyển thành mạng lục giác, độ cứng của lớp phủ sẽ bị giảm do giảm khả năng chống biến dạng. Độ cứng lớp phủ TiAlN ở khoảng 800oC hoặc đã giảm mạnh, lớp phủ AlTiN khi nhiệt độ dưới 900oC , hiện tượng độ cứng thấp hơn; Và tại thời điểm nhiệt độ của lớp phủ AlCrN 1100 ℃ vẫn có thể duy trì độ cứng của nó. Ngay cả dưới nhiệt độ cao 1100oC, cũng có thể bảo vệ ma trận lớp phủ AlCrN mà không cần dụng cụ. Balzers Lớp phủ AlCrN có độ cứng 2800 ~ 3200HV ở mức tải 50g.

Do lớp phủ AlCrN có độ cứng màu đỏ cao để có thể duy trì hiệu suất ổn định dưới tải nhiệt cực cao, do đó, công cụ phủ AlCrN so với các loại hiệu suất xử lý công cụ phủ khác là tốt hơn, đặc biệt là cắt tốc độ cao, cắt khô (hoặc bán khô) Điều kiện thuận lợi hơn. Ví dụ, các thí nghiệm cắt được thực hiện bởi các phòng thí nghiệm cắt của Balzers đã chứng minh rằng khi phôi thép Ck45 được xay chính xác ở tốc độ 200m / phút và 400m / phút, tuổi thọ của dao phay được phủ AlCrN dài hơn nhiều so với dao phay tráng TiAlN. Tuy nhiên, có những trường hợp ngoại lệ, trong quá trình xử lý vật liệu phôi có độ cứng cao (54HRC) (như khuôn thép), hiệu suất của lớp phủ AlTiN tốt hơn lớp phủ AlCrN (tuổi thọ công cụ tăng 20% ~ 40%, trong khi giá dụng cụ giảm khoảng 25%). Tuy nhiên, khi gia công các vật liệu có độ cứng thấp (<54hrc) (như="" thép="" hợp="" kim="" và="" gang)="" và="" các="" vật="" liệu="" có="" độ="" nhớt="" cao="" (như="" thép="" carbon="" thấp="" và="" thép="" không="" gỉ),="" hiệu="" quả="" cắt="" của="" lớp="" phủ="" alcrn="" cao="" hơn="" đáng="" kể="" so="" với="" altin="" lớp="" phủ="" (tuổi="" thọ="" của="" dụng="" cụ="" có="" thể="" tăng="" 25%="" ~="" 100%="" trong="" cùng="" tốc="" độ="" cắt="" và="" cấp="">

Ngoài ra, lớp phủ AlCrN cũng được khuyến nghị để gia công các vật liệu phôi (như thép không gỉ) tạo ra các con chip dài, vì các con chip dài có nhiều tiếp xúc với bề mặt cắt trước của công cụ trong quá trình hình thành, và tăng mức độ tiếp xúc giữa công cụ và phôi sẽ tạo ra rất nhiều nhiệt cắt. Tuy nhiên, lớp phủ AlCrN có hệ số ma sát nhỏ, có thể làm giảm độ bám dính giữa dụng cụ cắt và phoi và giảm nhiệt cắt.

Ngoài ra, so với lớp phủ dựa trên thiếc, lớp phủ AlCrN có thể dẫn đến thay đổi chế độ mài mòn công cụ và chế độ hình thành chip trong quá trình xử lý, nghĩa là độ mòn bề mặt phía sau của công cụ được phủ AlCrN (VB) nhỏ hơn đáng kể so với công cụ phủ TiAlN và chiều rộng ( KB) của rãnh mòn nhỏ, nhưng độ sâu (KT) của rãnh mòn được tăng lên.

IKS PVD, Máy phủ công cụ, liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ, iks.pvd @ foxmail.com