真空PVD多弧離子鍍在刀具鍍膜上的應用
發布時間：2018-07-31
眾所周知，刀具表面鍍膜對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、增強其耐磨性，而且還可以減小刀具表面摩擦系數、增加潤滑能力、提高產品質量及生產效率。影響刀具鍍膜質量的因素很多，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比較多，有效地控制這些工藝參數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，為使膜層與基體結合牢固，膜層質量好，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，硬質臺金一般為900℃左右。基體溫度的高低可影響到基體對氣體雜質的吸附、基體的硬度、滲透層的深度、膜層的硬度及附著力等，根據吉布斯的吸附原理可知溫度越高，基體對氣體雜質的吸附越少圖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還有滲透層出現，在一定時間內，溫度升高，滲透層深度也隨之增加。基體溫度升高，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，揮發物易清除，增強擴散和增高擻活能。加速化學反應等。在一定溫度范圍內，回火溫度越高，膜層質量越好，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，這樣降低了爐體內表面氣體的吸附，有利于提高膜層質量但加熱時間長，形狀復雜或尺寸較大的刀具內外溫度不均勻離子轟擊方式加熱時間短，基體內外溫度均勻，但控制較困難，易過熱，且時間長對膜層有一定負影響。國內多采用前一種，國外多采用后一種方法，我們選用兩種相結合的方式，實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系很大。對用于加工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、熱嘭脹系數等性能比較接近，因而它們結合牢固，摩擦系數低。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、鈦臺金等用TLN膜就顯得力不從心。這主要因為TiN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，即鍍制復合膜如TLN、TiCN、Tw等。獲得復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，繞射性差與基底結合力低等缺點，多孤離子鍍可克服上缺點，采用直冷式多弧靶源加熱使鍍制復合膜層成為現實。
膜層厚度
刀具類別不同，所需膜層厚度也不同。通過多次實驗表明，對連續切削的刀具如ASP30車刀，隨膜層的增厚耐磨性提高，不連續切削的刀具如42CrMo4V滾刀，隨膜層厚度的增加耐磨性提高，但當增厚到一定時，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，主要有鍍膜時的電流、靶源數、刀具與靶材蒸發加快成膜速度快。同一時間內膜層增厚靶源數增加，離子密度增大膜層增加，但離子間的相互作用加劇，需對靶源的位置進行合理布局，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，通常是在靶源數量、基體與靶源距離確定的情況下，謂整電弧電流及鍍膜時間來獲得一定厚度并具有良好結合力的膜層。
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