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真空PVD多弧離子鍍?cè)诘毒咤兡ど系膽?yīng)用

作者:superadmin 發(fā)布時(shí)間:2023-01-06 17:43 點(diǎn)擊:55

眾所周知,刀具表面鍍膜對(duì)提高刀具壽命是非常有效的。鍍膜不僅提高刀具的表面硬度、增強(qiáng)其耐磨性,而且還可以減小刀具表面摩擦系數(shù)、增加潤滑能力、提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。影響刀具鍍膜質(zhì)量的因素很多,主要有基體溫度、膜層組舒、膜層厚度等,而影響這些因素的參數(shù)比較多,有效地控制這些工藝參數(shù)就能獲得滿意的膜層。


      基體溫度

  真空PVD多弧離子鍍成膜溫度一般較低,在鍍制刀具時(shí),為使膜層與基體結(jié)合牢固,膜層質(zhì)量好,需在鍍前將基體加熱到一定溫度,鍍制高速鋼刀具一般為500℃左右,硬質(zhì)臺(tái)金一般為900℃左右?;w溫度的高低可影響到基體對(duì)氣體雜質(zhì)的吸附、基體的硬度、滲透層的深度、膜層的硬度及附著力等,根據(jù)吉布斯的吸附原理可知溫度越高,基體對(duì)氣體雜質(zhì)的吸附越少圖1為高速鋼刀具在300~550℃回火工藝,隨著溫度的升高其硬度上升。多弧離子鍍膜在基體上沉積膜層的同時(shí)還有滲透層出現(xiàn),在一定時(shí)間內(nèi),溫度升高,滲透層深度也隨之增加?;w溫度升高,膜層硬度是呈上升趨勢(見囝2)。提高基體溫度可使氣體脫附,揮發(fā)物易清除,增強(qiáng)擴(kuò)散和增高擻活能。加速化學(xué)反應(yīng)等。在一定溫度范圍內(nèi),回火溫度越高,膜層質(zhì)量越好,刀具的使用壽命也就越長。

  加溫的方式主要有外加熱式、離子轟擊式,外加熱方式不僅使刀具溫度升高,爐體溫度也升高,這樣降低了爐體內(nèi)表面氣體的吸附,有利于提高膜層質(zhì)量但加熱時(shí)間長,形狀復(fù)雜或尺寸較大的刀具內(nèi)外溫度不均勻離子轟擊方式加熱時(shí)間短,基體內(nèi)外溫度均勻,但控制較困難,易過熱,且時(shí)間長對(duì)膜層有一定負(fù)影響。國內(nèi)多采用前一種,國外多采用后一種方法,我們選用兩種相結(jié)合的方式,實(shí)踐證明是行之有效的。


  膜層組份

  膜層組份與刀具壽命蹦及被加工材料的關(guān)系很大。對(duì)用于加工45鋼、40Cr錒、MnB等材料的高速鋼刀具如w18Cr4V銑刀、W6Mo5Cr4V2拉刀等,TLN膜是比較理想的膜層。固為TiN與高速錒在彈性模量、熱嘭脹系數(shù)等性能比較接近,因而它們結(jié)合牢固,摩擦系數(shù)低。NT普通鋼、鋁及其合金、銅及其合金等,效果明顯,但加工特殊材料如鑄鐵、鈦臺(tái)金等用TLN膜就顯得力不從心。這主要因?yàn)門iN膜在高溫下硬度下降所至,可采用改變膜層組份提高刀具的使用壽命,即鍍制復(fù)合膜如TLN、TiCN、Tw等。獲得復(fù)合膜層的方法有濺射法、離子鍍加濺射法及離子鍍法糠}射法易控制膜層組份,但它存在沉積速度慢,繞射性差與基底結(jié)合力低等缺點(diǎn),多孤離子鍍可克服上缺點(diǎn),采用直冷式多弧靶源加熱使鍍制復(fù)合膜層成為現(xiàn)實(shí)。


  膜層厚度

  刀具類別不同,所需膜層厚度也不同。通過多次實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)連續(xù)切削的刀具如ASP30車刀,隨膜層的增厚耐磨性提高,不連續(xù)切削的刀具如42CrMo4V滾刀,隨膜層厚度的增加耐磨性提高,但當(dāng)增厚到一定時(shí),膜層增厚耐磨性反而下降。但膜層增厚成本升高。

  影響膜厚的因素是多方面的,多弧離子鍍,主要有鍍膜時(shí)的電流、靶源數(shù)、刀具與靶材蒸發(fā)加快成膜速度快。同一時(shí)間內(nèi)膜層增厚靶源數(shù)增加,離子密度增大膜層增加,但離子間的相互作用加劇,需對(duì)靶源的位置進(jìn)行合理布局,刀具與靶源的距離靠近膜層厚度增大,隨著鍍制時(shí)間的延長膜層厚度上升。控制膜層厚度的方法有多種,通常是在靶源數(shù)量、基體與靶源距離確定的情況下,謂整電弧電流及鍍膜時(shí)間來獲得一定厚度并具有良好結(jié)合力的膜層。

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