摘要 高性能涂層刀具已成為現代刀具的標志,目前發達國家涂層刀具在刀具中所占比例已超過80%,并不斷上升,刀具涂層技術已經成為提升制造業技術水平的關鍵因素之一。金屬氮化物硬質涂層具有較高的...
高性能涂層刀具已成為現代刀具的標志,目前發達國家涂層刀具在刀具中所占比例已超過80%,并不斷上升,刀具涂層技術已經成為提升制造業技術水平的關鍵因素之一。金屬氮化物硬質涂層具有較高的硬度和耐磨性,可有效降低各類機械磨損、化學腐蝕及高溫氧化,從而使得涂層工具壽命顯著提高。
AlCrN涂層就是其中一種優秀氮化物涂層。相比CrN 涂層,加入Al 而形成的三元Cr–Al–N 涂層在抗磨粒磨損和高溫氧化等方面的性能得到極大提高,加入Al 后所形成的AlCrN 涂層擁有高硬度及良好的排屑機制等特性,因此在高載荷條件下表現出明顯優越的摩擦磨損特性,涂層載荷承受能力明顯提高,從而極大地拓寬了Cr 基PVD 硬質涂層的服役范圍;相比AlTiN 涂層,由于Cr具有比Ti 更高的熔點,以Cr 代替Ti 的AlCrN 涂層耐高溫氧化溫度能明顯提高、摩擦系數更小、排屑能力更強,抗粘結性好、韌性更好,更適合于斷續切削,雖然硬度稍有降低,但綜合性能更為優異,AlCrN涂層也成為當前PVD 氮化物涂層最典型的代表。
AlCrN涂層就是其中一種優秀氮化物涂層。相比CrN 涂層,加入Al 而形成的三元Cr–Al–N 涂層在抗磨粒磨損和高溫氧化等方面的性能得到極大提高,加入Al 后所形成的AlCrN 涂層擁有高硬度及良好的排屑機制等特性,因此在高載荷條件下表現出明顯優越的摩擦磨損特性,涂層載荷承受能力明顯提高,從而極大地拓寬了Cr 基PVD 硬質涂層的服役范圍;相比AlTiN 涂層,由于Cr具有比Ti 更高的熔點,以Cr 代替Ti 的AlCrN 涂層耐高溫氧化溫度能明顯提高、摩擦系數更小、排屑能力更強,抗粘結性好、韌性更好,更適合于斷續切削,雖然硬度稍有降低,但綜合性能更為優異,AlCrN涂層也成為當前PVD 氮化物涂層最典型的代表。

左圖:AlCrN涂層 右圖:CrN涂層
對當下提倡高速切削、硬切削的制造業來說,有必要開發在高速切削條件下仍能保持高硬度、高耐磨性和抗高溫氧化性的新型涂層。AlCrN 涂層在1000 ℃時硬度仍保持27GPa,這是目前氮化物在該溫度下的硬度最優值。

紅硬性對比
Cr 元素是提高抗熱腐蝕性能的主要元素, Al 元素能促進穩定的Al2O3 薄膜的形成,,所以A lCrN 涂層兼具良好的防腐蝕性能和抗高溫氧化性能。相對其他涂層來說,由于AlCrN涂層能在1100的條件下仍具有較高的硬度、較好的耐磨性、抗高溫氧化性和極好的紅硬性,因而廣泛應用于切削、軸承、沖壓、鋁壓鑄、高溫合金加工、耐磨零件等領域。

近年來,國內廠商一直致力于AlCrN涂層的研發與生產,使用Swiss-PVD提供的先進涂層設備,以及自主研發的非常成熟的AlCrN涂層工藝,生產市面上最好用的AlCrN涂層。AlCrN涂層呈藍灰色,最高使用溫度可達1100,摩擦系數在0.3,涂層的納米硬度達到3300HV,膜厚在0.4——4。適用于滾齒刀、沖棒、沖壓模具、刀粒以及高光不銹鋼的加工。

目前我國國內廠商正積極與瑞士原廠共同研發添加某種X微量元素的四元Cr基涂層,其實適用溫度達到1100以上,涂層與基體附著力優良,具有更好的熱硬性、隔熱性、切削刃穩定性、抗粘性及排屑性,能有效降低切削力,綜合性能比其他品牌AlCrN涂層更為優越,使其更適合應用于硬切削、高溫、高切削力(對刀刃)等極端環境(高硬度淬硬鋼的銑削、鉆削,微細刀具精加工等),能用于球刀、立銑刀、刀粒等刀具。相對市面上常見的同應用范圍的涂層(AlTIN等),其壽命能提高接近兩倍。
