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    欧洲刀具涂层的最新状况及发展模式

    发布时间:2019-08-10 12:02   

      自1980年Balzers将其物理涂层工具投人市场,几十年来,欧洲地区该项技术的应用及发展在世界领域起到了举足轻重的作用,随着现代机械加工业高速加工时代的到来,世界各国也愈加注重涂层技术的应用与发展。

      欧洲刀具涂层技术自上世纪80年代中期以来得到了广泛发展,尤其是物理涂层技术,可以说代表了当前世界最高水准。目前,欧洲物理涂层设备制造厂有十馀家,涂层服务中心六十多家,主要採用阴极电弧及磁控溅射技术,在机械工业较发达国家或地区已形成了完备的服务体系。

      Balzers公司是目前世界上规模最大的刀具涂层公司,自上世纪70年代开始从事物理涂层技术的研发,以工具、精密零件涂层及装饰镀膜为主;1980年推出了热阴极离子镀膜机BAI830,完成了成套技术的开发工作,成功地应用于高速钢刀具涂层并达到了工业化生产水平。

      在20 多年里的发展过程中,该公司一直坚持设备制造、成套技术转让及涂层服务的方针,其所开发的设备主要有BAI830、BAI830C、BAI730D、 BAIl200、RCS,包含了CVD技术和PVD技术两类,而目前PVD主要採用BAIl200、RCS设备,该类设备以阴极电弧技术为主,也可附加磁 控溅射靶进行WC/C膜的涂层。

      到目前为止,Balzers公司在全球已开办了57家涂层服务中心,其涂层设备超过400台。

      FUTURA NANO是一种纳米多层结构TiAIN薄膜,据称最新的技术可达到上百层,这种涂层适合于高速钢及硬质合金材料,用于钻削、车削或干式切削的高速加工;而X.CEED则是一种单层的TiA1N,与传统的涂层不同。

      这种只用于硬质合金刀具的涂层工艺,可使刀具具有优异的红硬性、抗氧化性,即使在恶劣的加工条件下,其薄膜与基体仍具有良好的结合强度,因此可适应于断续切削加工方式,该类涂层可用于加工钛合金、铟铬镍合金等材料的加工,被加工材料硬度可达到52HRC。

      而目前Balzers最具代表性的涂层是一种无钛涂层,称为G6,即AlCrN涂层。与传统的TiN、TiCN、TiAlN相比,G6具有更高的红硬性及 抗氧化性能,使用温度可达到 1000℃ ,这种涂层工艺适合于硬质合金及高速钢材料涂层,用于铣削和车削加工,切削速度可达400m/min以上。

      据介绍该类涂层不仅适合于精加工,也可用于粗加工,从某种角度而言,其拓宽了PVD的应用领域。

      瑞士Platit公司是近几年涌现出来的一家较着名的刀具涂层公司,其为BCI集团的成员,隶属于W Blosch AG公司。

      W Blosch成立于1947年,主要从事表壳镀金及宝石行业;1977年开办了PVD(物理涂层)部;1979年建立了线年开始从 事硬质薄膜的生产;1987年注册了PLATIT品牌。

      1992年组装出第一台涂层设备;2000年在PL50和PL200的基础上,建立了整套的涂层系统,实现了交钥匙工程能力;2002年通过研究纳米结构涂层,开发出了旋转靶80涂层设备;2003年nACoR纳米结构涂层达到工业应用水平。

      截 止到2004年,Platit公司共生产了约100台涂层设备。Platit在捷克、斯洛文尼亚、美国、中国香港、西班牙、Scandinacia设有涂 层加工中心,其涂层设备共五个系列:iPL50、PL200、MO200、PL1000及80,应用领域主要涉及刀具、模具及耐磨零部件。

      Platit主要採用矩形大面积平面靶阴极电弧涂层技术,该技术起源于上世纪90年代中期,使每一阴极靶材完全复盖有效涂层区域,最大靶材高度可达 800mm,由于成功地解决了电弧的控制技术,与同类技术相比其真空炉内涂层均匀性得以大幅度提高,通常炉内不均匀性可控制在10%以内,绝对偏差小于 0.5m。

      该 公司2002年所开发的80涂层设备具有独特的创新性。80设备与传统的涂层设备有较大的区别,首先引入了纳米结构薄膜概念,以(nc-Ti1- xAlxN)/(Si3N4)纳米复合相结构薄膜为例,在强等离子体作用下,纳米TiAlN晶体被镶嵌在非晶态的 Si3N4 体内,这种结构使薄膜硬度可达到50GPa,且高温硬度更是十分突出,当温度达到 1200℃ 时,其硬度值仍可保持在30GPa。穿衣搭配补水瘦脸的最快方法去黑头丰胸产品最好面膜什么修护好丰胸粉底哪个牌子的好

      其二,在工业化生产设备中虽然仍採用了阴极电弧技术,但蒸发源已由原来的平面形式变换成可转动的圆柱形靶,由此带来的好处可能是多方面的,例如可以自动清 洁、靶材利用率高、涂层表面粗糙度可达到Ra0.02~0.03m(通常涂层为Ra0.1m左右),80与其他传统的涂层设备相同可进行TiN、 TiAlN、AlTiN、nACo、TiCN-Mp、TiAlCN、CrN、ZrN、DLC等涂层。

      CemeCon是一家专门从事涂层技术开发及涂层服务的公司,创建于1986年,1988年开发制造了第一台CC800 PVD专用涂层设备,并在德国、美国、丹麦及中国设立有涂层加工服务中心。

      公司目前生产的PVD涂层设备主要有三种,分别为SX、ML、XL,到目前为止设备销售约90台左右。

      CemeCon公司採用的是磁控溅射离子镀技术,该项技术兼有空心阴极离子镀和阴极电弧离子镀的优点,涂层组织緻密,同时也选择了大面积矩形靶材技术,从 而进一步保证了涂层的均匀性;该技术可涂镀多种单层、多层或复合薄膜,如TiN、TiC、TiCN、ZrN、CrN、WC/C、MoS2、TiAlN、 TiAlCN、TiN-AlN、CBN、AlO等。

      CemeCon公司所开发的H.I.S磁控溅射技术,成功地解决了磁控溅射离子镀技术在实际应用中许多关键性技术难题,诸如离化率、离子能量的提高等,并在刀具涂层方面达到了工业化生产水平。

      从我们瞭解的情况分析,该涂层技术具有薄膜组织緻密、涂层均匀、产品一致性好的特点,尤其适合于可转位刀片及中小尺寸刀具的涂层加工。

      CemeCon公司最新的工艺技术为H.I.P 技术,基于双极脉冲原理,在此基础上开发了 SUPERTIN 涂层,一种緻密立方晶格超级氮化物,该涂层在中等切削条件下加工不锈钢或有色金属,与传统的氮化钛相比具有明显的优势。

      而TINALOX则是利用该技术开发的一种高速加工用硬质薄膜,其除具有较高的表面硬度外,还具有良好的抗高温性能,使用温度也可达到1000℃,可用于铸铁、不锈钢及高温合金的切削加工。

      也正是由于H.I.P技术的开发成功使得AlOX涂层成为可能,这种非导体的薄膜材料具有优异的高温性能,如何通过PVD的方法实现氧化铝镀膜,一直是业 界所关心的问题,而H.I.P技术为这一问题的解决提供了可能的方桉。

      该公司新近开发的Al2O3薄膜涂层,涂层温度低于450℃,与以往的概念不同,其HIP的AlOx涂层建立在HIS的TiAlN薄膜基础上,并在铸铁和 高性能合金材料试验中取得了满意结果,使得PVD AlO涂层成为现实,也为物理涂层技术向半精加工或粗加工方面发展奠定了基础,同时也确立了PVD今后的一个发展方向。

      此外,该公司提出了润滑薄膜涂层的概念,在薄膜TiAlBN结构中,通过硼含量的变化,适应切削条件的变化,在加工过程中产生所谓“insitu”现象, 即通过硼向表面的扩散,形成BN、B2N3,从而得到有利于切削加工的润滑膜层。

      此外,CemeCon另一颇具特色的技术是CVD金刚石涂层技术。2000年建立CCDia生产线,使金刚石涂层技术达到工业化生产水平,其技术含量高,可以批量生产金刚石透明薄膜。

      PVT涂层公司也是上世纪80年代中期崛起的一家专业刀具涂层企业,可进行各种刀具、模具涂层加工。

      PVT公司以涂层设备销售为主,现在主要开发的涂层设备有4种:S2、M2、L3、L4,近几年销售设备约20台左右。

      该公司也是採用大面积矩形阴极电弧蒸发技术,与Platit涂层技术相近,主要进行TiN、TiCN、AlTiN、ZrN、CrN涂层。该公司在等离子刻 蚀、清洗工艺开发方面极具特色,并且注重薄膜与基体结合结构的研究,涂层结合强度较为理想;此外公司也十分看重生产效率的提高,在大幅度提高抽气速率的同 时,由通过强制冷方式缩短了冷却周期,从而提高了生产效率;通过附加PLC润滑膜技术进一步降低了薄膜表面的摩擦系数。

      PVT的涂层技术和设备在中国、美国、欧洲、日本等世界范围内获得了多项专利技术,其专利技术包括了新型电弧蒸发源、电弧等离子导电装置、基体处理技术和 装置等。其动态电磁控制蒸发器对电弧进行优化控制,使靶材各个部分能得到同等强度的电弧,均匀蒸发和离子化,靶材离子化率高达85%以上,很好地解决了颗 粒或“液滴”问题,涂层微结构非常细密,涂层表面光亮。对基体独特的刻蚀清洗技术使得涂层被沉积到工件之前得到完全彻底的清洗,使得涂层与基体的结合力达 到理想的指标。採用新的刻蚀技术后,薄膜与基体的分界不再明显,薄膜已与基体溶为一体。

      此外,在不额外增加成本、不额外增加涂层生产时间的情况下,PVD还可以进行独特的PLC(polymer like carbon类高分子聚合物)冶金润滑膜层沉积,进一步降低涂层表面的摩擦系数。例如在AlTiN涂层上再加上PLC涂层之后,针对不同的用途,可提 高涂层刀具的使用寿命。

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