1. Алмазное, алмазоподобное углеродное (DLC) покрытие
Алмазное покрытие является одним из новых материалов для покрытия инструментов. Оно использует технологию химического осаждения паров низкого давления для выращивания алмазной пленки, состоящей из поликристаллов на подложке из цементированного карбида. Оно используется для обработки цветных металлов, таких как кремний-алюминиевый сплав и медный сплав, конструкционных материалов, таких как стекловолокно и цементированный карбид, а срок службы инструмента в 50-100 раз больше, чем у обычных цементированных карбидных инструментов. Алмазное покрытие использует множество технологий синтеза алмазов, наиболее распространенными из которых являются метод горячей проволоки, метод микроволновой плазмы и метод плазменного напыления постоянного тока. Благодаря совершенствованию метода покрытия и связывания покрытия алмазные инструменты были изготовлены и применены в промышленности.
Алмазоподобное покрытие имеет очевидные преимущества при механической обработке определенных материалов (Al, Ti и их композитных материалов). Микроструктура алмазоподобного покрытия, нанесенного паровой фазой низкого давления, по-прежнему сильно отличается от микроструктуры природного алмаза. В 1990-х годах часто использовалось осаждение DLC из паровой фазы низкого давления в присутствии активированного водорода, и покрытие содержало большое количество водорода. Избыточное содержание водорода снижает силу сцепления и твердость покрытия и увеличивает внутреннее напряжение. Водород в DLC будет медленно высвобождаться при более высоких температурах, что приведет к нестабильной работе покрытия. Твердость DLC без водорода выше, чем у DLC, содержащего водород. Он имеет преимущества однородной структуры, большой площади осаждения, низкой стоимости и гладкой поверхности. Это стало горячей точкой в исследовании покрытий DLC в последние годы. Американский ученый А. А. Воеводин предложил, что структурная конструкция осаждения сверхтвердого покрытия DLC представляет собой градиентное
трансформационное покрытие Ti-TiC-DLC, так что твердость постепенно увеличивается от более мягкой стальной подложки к сверхтвердому покрытию DLC на поверхности. Этот тип композитного покрытия не только сохраняет высокую твердость и низкий коэффициент трения, но и снижает хрупкость, улучшает несущую способность, силу сцепления и износостойкость.
После многих лет исследований было показано, что из-за высокого внутреннего напряжения, плохой термической стабильности и каталитического эффекта между алмазоподобным покрытием и черным металлом структура SP3 трансформируется в SP2, что определяет, что ее можно использовать только для обработки цветных металлов, что ограничивает ее дальнейшее применение в обработке. Однако недавние исследования показали, что твердость алмазоподобных покрытий (также называемых графитоподобными покрытиями) на основе структуры SP2 может достигать 20-40 ГПа, но при этом не возникает проблем с каталитическим эффектом с черными металлами. Ее коэффициент трения очень низок, и она обладает хорошей влагостойкостью. Ее можно использовать с охлаждающей жидкостью или сухой резкой во время резки. Ее срок службы вдвое больше по сравнению с ножами без покрытия. Она может обрабатывать стальные материалы, что вызвало большой интерес у компаний, занимающихся покрытиями, и производителей инструментов. Со временем этот новый тип алмазоподобного покрытия будет широко использоваться в области резки.
2. Покрытие из кубического нитрида бора (CBN)
CBN — еще один сверхтвердый материал, появившийся после искусственного синтетического алмаза. Помимо того, что он обладает многими превосходными физическими и химическими свойствами, аналогичными алмазу (такими как сверхвысокая твердость, уступающая только алмазу, высокая износостойкость, низкий коэффициент трения, низкий коэффициент теплового расширения и т. д.), он также обладает некоторыми свойствами, которые превосходят алмаз. CBN химически инертен к железу, стали и окислительной среде. При окислении он образует тонкий слой оксида бора, который обеспечивает химическую стабильность покрытия. Поэтому он обладает превосходной термостойкостью при обработке твердого железа и серого чугуна. Он также может резать жаропрочную сталь, закаленную сталь, титановый сплав и т. д. при относительно высоких температурах резки, а также может резать закаленные валки с высокой твердостью, науглероженные и закаленные материалы и кремниевые алюминиевые сплавы, которые очень трудно обрабатывать, которые очень подвержены износу инструмента.
С момента успешного получения чистых покрытий CBN в 1987 году на международном уровне начался исследовательский бум в области твердых покрытий CBN. Методы синтеза покрытий CBN в газовой фазе низкого давления в основном включают CVD и PVD. CVD включает химический перенос PCVD, нагрев горячей проволокой PCVD, ECR-CVD и т. д.; PVD включает реактивное ионно-лучевое покрытие, активное реакционное испарение, лазерное испарение с ионно-лучевым осаждением и т. д. Исследования
Результаты показывают, что был достигнут прогресс в синтезе фаз CBN, хорошей связи с подложками из цементированного карбида и подходящей твердости. В настоящее время максимальный кубический нитрид бора, нанесенный на цементированный карбид, составляет всего 0,2~0,5 мкм. Для достижения коммерциализации необходимо использовать надежную технологию для нанесения высокочистых и экономичных покрытий CBN толщиной 3~5 мкм, и ее эффект должен быть подтвержден при фактической обработке резанием металла.
