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真空PVD多弧离子镀在刀具镀膜上的应用

发布时间:2018-07-31
  众所周知,刀具表面镀膜对提高刀具寿命是非常有效的。镀膜不仅提高刀具的表面硬度、增强其耐磨性,而且还可以减小刀具表面摩擦系数、增加润滑能力、提高产品质量及生产效率。影响刀具镀膜质量的因素很多,主要有基体温度、膜层组舒、膜层厚度等,而影响这些因素的参数比较多,有效地控制这些工艺参数就能获得满意的膜层。
 
  基体温度
 
  真空PVD多弧离子镀成膜温度一般较低,在镀制刀具时,为使膜层与基体结合牢固,膜层质量好,需在镀前将基体加热到一定温度,镀制高速钢刀具一般为500℃左右,硬质台金一般为900℃左右。基体温度的高低可影响到基体对气体杂质的吸附、基体的硬度、渗透层的深度、膜层的硬度及附着力等,根据吉布斯的吸附原理可知温度越高,基体对气体杂质的吸附越少图1为高速钢刀具在300~550℃回火工艺,随着温度的升高其硬度上升。多弧离子镀膜在基体上沉积膜层的同时还有渗透层出现,在一定时间内,温度升高,渗透层深度也随之增加。基体温度升高,膜层硬度是呈上升趋势(见囝2)。提高基体温度可使气体脱附,挥发物易清除,增强扩散和增高擞活能。加速化学反应等。在一定温度范围内,回火温度越高,膜层质量越好,刀具的使用寿命也就越长。
 
  加温的方式主要有外加热式、离子轰击式,外加热方式不仅使刀具温度升高,炉体温度也升高,这样降低了炉体内表面气体的吸附,有利于提高膜层质量但加热时间长,形状复杂或尺寸较大的刀具内外温度不均匀离子轰击方式加热时间短,基体内外温度均匀,但控制较困难,易过热,且时间长对膜层有一定负影响。国内多采用前一种,国外多采用后一种方法,我们选用两种相结合的方式,实践证明是行之有效的。
 
  膜层组份
 
  膜层组份与刀具寿命蹦及被加工材料的关系很大。对用于加工45钢、40Cr锕、MnB等材料的高速钢刀具如w18Cr4V铣刀、W6Mo5Cr4V2拉刀等,TLN膜是比较理想的膜层。固为TiN与高速锕在弹性模量、热嘭胀系数等性能比较接近,因而它们结合牢固,摩擦系数低。NT普通钢、铝及其合金、铜及其合金等,效果明显,但加工特殊材料如铸铁、钛台金等用TLN膜就显得力不从心。这主要因为TiN膜在高温下硬度下降所至,可采用改变膜层组份提高刀具的使用寿命,即镀制复合膜如TLN、TiCN、Tw等。获得复合膜层的方法有溅射法、离子镀加溅射法及离子镀法糠}射法易控制膜层组份,但它存在沉积速度慢,绕射性差与基底结合力低等缺点,多孤离子镀可克服上缺点,采用直冷式多弧靶源加热使镀制复合膜层成为现实。
 
  膜层厚度
 
  刀具类别不同,所需膜层厚度也不同。通过多次实验表明,对连续切削的刀具如ASP30车刀,随膜层的增厚耐磨性提高,不连续切削的刀具如42CrMo4V滚刀,随膜层厚度的增加耐磨性提高,但当增厚到一定时,膜层增厚耐磨性反而下降。但膜层增厚成本升高。
 
  影响膜厚的因素是多方面的,多弧离子镀,主要有镀膜时的电流、靶源数、刀具与靶材蒸发加快成膜速度快。同一时间内膜层增厚靶源数增加,离子密度增大膜层增加,但离子间的相互作用加剧,需对靶源的位置进行合理布局,刀具与靶源的距离靠近膜层厚度增大,随着镀制时间的延长膜层厚度上升。控制膜层厚度的方法有多种,通常是在靶源数量、基体与靶源距离确定的情况下,谓整电弧电流及镀膜时间来获得一定厚度并具有良好结合力的膜层。
 
  
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