Allgemeiner Überblick über Werkzeugbeschichtungen

Beschichtete Schneidwerkzeuge beziehen sich auf Werkzeuge, die eine dünne Schicht aus hitzebeständigem Metall oder nichtmetallischen Verbindungen auf ihrer Oberfläche aus Hartmetall oder schnellem Stahl (HSS) aufweisen, die Schicht kann auch auf Keramik, Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) und andere Klingen aus superhartem Material). Als chemische Barriere und thermische Barriere kann der Film die Diffusion und chemische Reaktionen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück reduzieren, wodurch der Verschleiß von Halbmond reduziert wird. Beschichtete Schneidwerkzeuge haben die Eigenschaften einer hohen Oberflächenhärte, einer guten Verschleißfestigkeit, einer guten chemischen Stabilität, einer hohen Wärme- und Oxidationsbeständigkeit, eines geringen Reibungskoeffizienten und einer geringen Wärmeleitfähigkeit und so weiter. Diese Vorteile können die Werkzeugstandzeit um 3 bis 5 mal verbessern unbeschichtetes Werkzeug beim Schneiden, auch die Schnittgeschwindigkeit kann um 20% bis 70% verbessert werden, die Bearbeitungsgenauigkeit kann um 0,5 auf 1 verbessert werden, und die Werkzeugverbrauchskosten können um 20% bis 50% reduziert werden. Infolgedessen sind beschichtete Schneidwerkzeuge zum Symbol moderner Schneidwerkzeuge geworden, und ihr Nutzungsgrad in Schneidwerkzeugen beträgt mehr als 50%. Gegenwärtig können alle Arten von Werkzeugen, die zum Schneiden verwendet werden, Drehwerkzeuge, Bohrwerkzeuge, Bohrer, Reibahlen, Räumwerkzeuge, Gewindebohrer, Gewindeschieber, Fräsköpfe, Fräser, Umformwerkzeuge, Zahnradfräsköpfe und Schlitzfräser umfassen, die alle einen Beschichtungsprozess verwenden können verbessern Sie die Leistung.  

Es gibt vier Arten von beschichteten Werkzeugen: beschichtete HSS-Werkzeuge, beschichtete Hartmetallwerkzeuge, beschichtete Keramikwerkzeuge und beschichtete superharte Materialien (Diamant oder kubisches Bornitrid). Aber am häufigsten werden beschichtete HSS-Werkzeuge und beschichtete Hartmetallwerkzeuge verwendet. Beschichtungen auf keramischen und superharten Blättern sind Materialien mit einer geringeren Härte als das Substrat. Der Zweck besteht darin, die Bruchzähigkeit der Schaufeloberfläche zu erhöhen (die Bruchzähigkeit kann um 10% verbessert werden), was dabei helfen kann, das Abblättern und Brechen der Schaufel zu verringern und den Anwendungsbereich zu erweitern.

Beschichtungsverfahren

Gegenwärtig gibt es zwei Arten von Beschichtungsverfahren, die üblicherweise in der Produktion verwendet werden: die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) und die chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Die Abscheidungstemperatur von PVD beträgt 500 ° C , die Schichtdicke beträgt 2 ~ 5 μm . Die Abscheidungstemperatur von CVD ist 900 ℃ ~ 1100 ℃ , mit der Schichtdicke ist 5 ~ 10 μm , auch die Ausrüstung von CVD ist einfach und CVD-Beschichtung ist sehr einheitlich. HSS-Werkzeuge verwenden üblicherweise das PVD-Verfahren, da die Abscheidungstemperatur von PVD die Anlasstemperatur von Schnellarbeitsstahl selbst nicht überschreitet. Der Großteil von Hartmetall verwendet das CVD-Verfahren, da beim Beschichten aufgrund seiner hohen Abscheidungstemperatur eine brüchige Entkohlungsschicht (η-Phase) zwischen der Beschichtung und dem Substrat gebildet wird. In den letzten zehn Jahren konnte Hartmetall mit der Entwicklung der Beschichtungstechnologie auch das PVD-Verfahren anwenden. Als Verbundbeschichtungsverfahren wird die Kombination von PVD und CVD als PACVD-Verfahren (Plasma-CVD-Verfahren) bezeichnet. Die PECVD-Methode nutzt Plasma, um chemische Reaktionen zu fördern, und die Beschichtungstemperatur kann auf unter 400 ℃ gesenkt werden (derzeit wurde die Beschichtungstemperatur auf 180 ℃ ~ 200 ℃ reduziert), was sicherstellt, dass es keine Ausbreitung, Phasenänderung oder Austauschreaktion gibt Hartmetallsubstrat und das Beschichtungsmaterial und dann die ursprüngliche Zähigkeit der Klinge beizubehalten. Dieses Verfahren ist besonders wirksam für Diamant- und kubische Bornitrid- (CBN-) superharte Beschichtungen.

Bei Anwendung der CVD-Methode muss die Schneidkante im Voraus passiviert werden (der Radius des stumpfen Kreises beträgt normalerweise 0,02-0,08 mm, und die Stärke der Schneidkante nimmt mit der Vergrößerung des Radius des stumpfen Kreises zu). Die Schneide ist also nicht so scharf wie die unbeschichtete Klinge. Daher sollten die Schneidwerkzeuge, die scharfe Schneidkanten erfordern, PVD-Verfahren verwenden. Die Beschichtung kann sich nicht nur auf der allgemeinen Schneidklinge, sondern auch auf dem festen Werkzeug ablagern und kann nun auf geschweißte Hartmetallwerkzeuge aufgetragen werden. Die Anwendung der PCVD-Methode auf Hartmetallbohrern kann die Lebensdauer von Bohrern 10 Mal länger machen als die von Hochgeschwindigkeitsstahlbohrern, die Effizienz kann auf das 5-fache verbessert werden.

Beschichtungsmaterialien

Beschichtungsmaterialien müssen die Anforderungen an hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit, gute chemische Stabilität, keine chemische Reaktion mit dem Werkstückmaterial, gute Wärme- und Oxidationsbeständigkeit, niedrigen Reibungskoeffizienten, gute Haftung mit dem Substrat und so weiter erfüllen. Es ist klar, dass ein einzelnes Beschichtungsmaterial die obigen Anforderungen nur schwer erfüllen kann. Daher hat das harte Beschichtungsmaterial eine neue Stufe erreicht, die einen Dickfilm, eine Verbundbeschichtung und eine Mehrkomponentenbeschichtung vom Beginn eines einzelnen TiC, TiN, Al ₂ O _{3 an entwickelt} . Die Zusammensetzung neu entwickelter TiCN-, TiAlN-, TiAlN-Mehrfach-, Ultra-Dünnschicht-, Super-Multilayer-Schichten und TiC-, TiN-, Al ₂ O ₃ -Beschichtungen sowie eine neue Anti-plastische Verformungsmatrix machen einen wesentlichen Fortschritt bei der Verbesserung der Beschichtungszähigkeit die Haftfestigkeit von Beschichtung und Substrat, Verschleißfestigkeit der Beschichtung usw.

Gegenwärtig hat die Technologie, mit der der Diamantfilm auf dem Hartmetallsubstrat beschichtet wird, einen Durchbruch erreicht, und kann die Leistungsfähigkeit des Werkzeugs umfassend verbessern. Das ausgereifteste und am häufigsten verwendete harte Beschichtungsmaterial ist TiN, aber die Bindungsfestigkeit zwischen TiN-Beschichtung und Substrat ist geringer als die TiC-Beschichtung, die TiN-Beschichtung ist leicht abziehbar und die Härte ist niedriger als TiC. Wenn die Schneidtemperatur hoch ist, kann die TiN-Beschichtung leicht oxidiert und abgetragen werden. Die TiC-Beschichtung hat eine höhere Härte und Verschleißfestigkeit sowie eine gute Oxidationsbeständigkeit, ist jedoch spröde und weist eine geringe Schlagzähigkeit auf. TiCN hat die Vorteile von sowohl TiC als auch TiN, es kann die TiCN-Eigenschaften durch kontinuierliches Ändern der Zusammensetzung von C und N während des Beschichtungsprozesses steuern und dann eine mehrschichtige Struktur mit verschiedenen Zusammensetzungen bilden, wodurch die innere Spannung der Beschichtung verringert wird. verbessern die Zähigkeit, erhöhen die Dicke der Beschichtung, verhindern das Wachstum von Rissen und reduzieren das Abblättern. TiCN-basierte Beschichtung ist geeignet für die Verarbeitung von normalem Stahl, legiertem Stahl, rostfreiem Stahl und verschleißfestem Gusseisen, etc. Die Materialentfernungsrate kann um das 2- bis 3-fache erhöht werden, wenn sie bearbeitet wird.

TiAlN, CrN, TiAlCrN sind in den letzten Jahren neu entwickelte Hartstoffschichten. TiAlN-beschichtete Klingen wurden kommerzialisiert. Mit guter chemischer Stabilität und Oxidationsverschleißbeständigkeit ist die Werkzeugstandzeit bei der Bearbeitung von hochlegiertem Stahl, Edelstahl, Titanlegierung und Nickellegierung 3-4-mal höher als bei der TiN-Beschichtung. Wenn es eine geeignete Aluminiumkonzentration in der TiAlN-Beschichtung gibt, wird außerdem eine Schicht aus hartem inertem Schutzfilm zwischen der Schneidwerkzeugfläche und der Chipgrenzfläche mit guter Wärmeisolierung gebildet, wobei diese Schicht effektiv zum Hochgeschwindigkeitsschneiden verwendet werden kann. CrN ist eine Art titanfreie Beschichtung, die sich zum Schneiden von Titan, Titanlegierungen, Kupfer, Aluminium und anderen weichen Materialien mit guter chemischer Stabilität und ohne Klebrigkeit eignet. TiAlCrN ist eine Gradientenstrukturbeschichtung mit hoher Zähigkeit und Härte, sowie kleinem Reibungskoeffizienten, es ist geeignet für Fräser, Gewindebohrer, Gewindebohrer und andere Werkzeuge, die Schneidleistung ist deutlich besser als bei TiN.