刀具镀膜涂层的发展方向浅析

      (1)刀具涂层成分多元化.单涂层与基材材料的物理特性及晶格类型的不同，导致基体与涂层之间存在较大的残余应力，结合力不强。在单涂层中加入新的元素(如加入锆、钒和氢氟酸会提高耐磨损性，加入硅会提高硬度并防止化学扩散，加入铝、钇和铬会提高抗氧化性)制备出的多元刀具涂层材料，极大地提高了刀具的综合性能。涂层材料也已从最开始的TiN、TiAlN、TiCN发展到现在的TiSiN、TiSiCN、TiAlSiN、AlCrN、AlCrSiN、TiBN、CrN、ZrN、Al2O3等几十种涂层材料。为了满足切削加工中多样化的需求，新的涂层材料还将具有极大的发展前景。

  (2)刀具涂层结构创新化.提高涂层刀具膜基结合力对刀具使用寿命有重要影响，谢峰和杨智能提出了涂层刀具结合面仿生设计的思想，将牙齿的釉质和本质类比到涂层刀具的涂层和基体，根据牙釉质与牙本质结合面的形状，仿生设计了由一组圆弧组成的膜基结合面。基于基体拉伸法测涂层界面结合强度的思想，利用ABAQUS有限元软件仿真了界面结合强度。结果表明：由一组合适大小圆弧组成的结合面的界面应力分布情况较好。所阐述的膜基结合面形状的仿生设计将为基体表面镀膜前的处理提供一种新的思路。

    (3)切削加工绿色化.当前，我国机械加工中主要采用湿式切削法，即在金属切削加工时，用一定的压力和流量的液体(切削液)连续不断的冷却、润滑刀具和工件加工部件的方法。但是大量使用切削液会造成环境污染问题，同时由于切削过程中切削液产生的油烟对工人直接造成危害，诱发多种皮肤病。且从使用成本角度计，在集中冷却液加工系统中，切削液占总成本的14%~16%，刀具成本只占2%~4%。据预测，如果20%的切削加工采用涂层刀具干式加工，总的制造成本可降低1.6%。此外，采用高速干切削可大幅提高加工效率，提高加工精度，降低表面粗糙度，并且更适合于加工薄壁零件。因此无论从环保角度还是从加工性能以及经济角度考虑，制造能满足干式切削条件的涂层刀具是绿色加工的重要发展目标。国际涂层制造商在这一领域内也屡获进展。