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木材切削原理与木工刀具(243)一一涂层硬质合金!

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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2019-4-27 09:17:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    涂层硬质合金是在韧性较好的硬质合金刀片表面涂覆一薄层硬度和耐磨性很高的材料,如TN、TC等材料。TC硬度较高(HV320),耐磨性好,故涂层厚度一般为5-7um。TiN硬度较低(HV800-2100),与基体的结合力较低,但导热性好,韧性高,涂层厚度可达8-12um。
        研究发现,在用TN涂层硬质合金圆锯片锯齿时,锯齿的耐磨性仅有轻微的改进。用AO3-TC复合涂层(CVD法)时,也只有轻微的提高。另一研究发现,在铁削倒花板时,TiN涂层硬质合金刀具(CVD法)的耐磨性改善甚微:TiN涂层锯齿前刀面,耐磨性有些改善。

         在用PVD法涂层木工刀具进行切削试验时,发现TN涂层的碳化钨硬质合金锯片(涂覆前齿面)锯切硬质纤维板时,锯齿磨损量降低了。
         硬质合金刀具经过涂层后,耐磨性之所以改善不明显,是因为刀具刃口附近的涂层材料过早地剥落。CVD法涂层温度较高,导致在基体和涂层之间形成胞性的黏结相在涂层残余应力及切削热、切削力作用下,刃口上的涂层很快地剥落。和CVD法相比,PD法涂层温度低得多。因此,PVD法涂层的刀具,可获得较好涂层结构和高的涂层硬度,刀具刃口锋利度也改善了。此外,PVD法涂层刀具具有较好抗龟裂的能力
         20世纪90年代中期,研究人员在用PVD法涂层木工刀具方面进行了一些研究,从硬质合金碳化物尺寸、黏结剂含量和涂层材料等方面进行研究。碳化物颗粒尺寸分别为0.8pm,1.2pm,1.5um和1.7μm,对应的钻含量分别为3%,4%,6%和10%。涂层材料分别为TN,TN一T(C,N)-TN和TAN2,对应的涂层厚度分别为3.5um,5.5m和3um。涂在刀具的前刀面上。结果表明3种涂层材料均出现涂层剥落,但mN和T(N,CN)要比TAN2小得多,并且细颗粒和低含钻量的刀具,耐磨性提高了10%-30%。但含钻量高的刀具,涂层反而降低了耐磨性。研究还指出涂层结合力低是涂层剥落的致命因素。金刚石具有极高的硬度和极好的化学稳定性,其耐磨性是硬质合金的100-250具有耐强酸和强碱的能力,但韧性很差。若以韧性较好的刀具材料为基体,涂覆一层硬度高、耐磨性高、化学惰性好的涂覆层,使刀具既具有一定的强度和韧性,又具有很好的耐磨性和切削性能,满足了木工刀具磨损的特性要求。用金刚石涂层木工刀具不失为种理想的抗磨手段。20世纪50年代,在开发高温高压合成金刚石的同时,人们也对低压气相合成金刚石进行了探索,但沉积速度很慢,由于低压气相合成金刚石是在金刚石的亚稳定区和石墨相的稳定区进行,石墨和非晶态就很容易析出。因此,抑制石墨和非晶态碳的形成及除去它们就成为气相沉积金刚石薄膜的关键。80年代后期,为了降低成本,实现工业化生产,直流等离子体喷射等高速沉积方法已成为金刚石薄膜沉积最快的方法。CVD法金刚石薄膜涂层硬质合金转位刀片的前刀面(涂层厚20m),刨花板的切削试验结果表明,涂层剥落是其致命的缺点。只要涂层没有剥落,刀具磨损几乎没有变化,一直维持在40-50μm。金刚石涂层硬质合金转位刀片中密度纤维板的镜削试验结果表明,金刚石薄膜均有程度不同的剥离,但未剥离的薄膜起到了堤岸保护作用,降低了基体材料的磨损,因而刀具耐磨性提高了近1倍随着涂层工艺与设备的改进,金刚石薄膜与基体的结合力进一步提高,薄膜剥离将会得到控制。
         目前,已用金刚石涂层硬质合金材料制造加工强化地板的刀具,用于切削强化地板表面的AL2O3耐磨层,效果良好。然而,CVD金刚石多品薄膜的纯度很高,硬度(HV9000-1000接近天然金刚石,可加工性很差,常规机械加工或电火化腐蚀都难对其实现加工。故金刚石涂层硬质合金材料适合制造不重磨的转位刀片。在装配式木工铣刀结构中,为了提高刀片装夹速度和定位精度,现较多地采用了不重磨刀片或转位刀片。在随进口设备配备的刀具中,50%左右的为不重磨或转位装配式铣刀,如封边机、双端铣、四面创和CNC加工中心等木工机械的装配式镜刀上,不乏安装了不重磨或转位刀片。因此,金刚石涂层硬质合金不重磨或转位刀片在木工刀具领域内,有着广阔的应用前景。

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