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小涂层大突破 高端刀具推进制造业由大变强


  中国作为制造大国已是不争的事实。但我国在数控切削刀具技术方面与国外相比仍存在差距,突出表现在先进涂层制造和涂层技术的基础研究方面。Ti-Al-X-N新型涂层技术的成功应用,一举打破了国外强势企业在高端刀具领域的垄断,为提高刀具的国产化率打下了坚实基础,为更好地满足重点行业需求创造了条件,具有重大的经济和社会效益。
  承载刀具核心技术
  机床被称作“制造机器的机器”。如果说高档数控机床是现代工业文明的艺术品,那么高端硬质合金精密刀具便是艺术品上的钻石,而钻石闪耀的光芒源自于刀具表面几微米厚的精密涂层。
 据了解,涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性。原因是涂层材料作为化学屏障和热屏障,减少了刀具与工件间的扩散和化学反应,从而减少了磨损,使得刀具寿命提高3~10倍以上,切削速度提高20%~100%。可以说,薄薄一层涂料承载着刀具的核心技术。
 目前涂层刀具在切削刀具中占的比例已达到80%。由于国外企业在高端刀具领域占据垄断地位,在我国数控机床专项中,刀具及其核心涂层技术的地位日益受到重视,对涂层技术的突破被列入多项课题研究中。
 赶超国际同类产品先进水平
 株洲钻石公司自主研发Ti-Al-X-N新型涂层技术的道路并非一帆风顺。初期引进涂层生产线时,株钻只能生产普通的Ti-N和Ti-Al-N涂层。通过消化吸收,科研工作者开发出具有纳米结构的Ti-Al-N涂层,比普通Ti-Al-N涂层性能有一定的提高,但仍旧不能满足刀具行业发展的需要。在此形势下,株钻成立研发团队,以专项课题精密工具创新能力平台建设为契机,开展新型高性能涂层的集中攻关工作。
  经过大量的实验,课题组选择了最优的Ti-Al-X-N涂层,其抗氧化性能和硬度都较Ti-Al-N涂层高,但其切削性能和Ti-Al-N相比并无显著提升。为了搞清楚涂层性能为何达不到预期效果,研发团队首先将新涂层从基体上剥离下来研磨成粉末进行差示扫描量热仪分析,分析涂层在高温下的相结构演变、调幅分解过程。通过不懈努力,课题组制备出了优化纳米复合多层结构涂层nc-TiAlN/Si3N4。
 据了解,Ti-Al-X-N新型涂层技术已获得9项专利且全部为发明专利。PVD涂层产品硬度高于40GPa,达到超硬效应。在1100℃下空气气氛中氧化10小时后,涂层仍未完全氧化。在1100℃回火后,涂层的硬度仍能维持40GPa以上,与基体的结合强度超过90N。同期自主开发的CVD涂层α-Al2O3厚度达10微米,涂层结合力超过80N,加工铸铁切削速度可达500米。产品经用户使用对比,在模具加工行业已达到或超过了国际同类产品先进水平。(记者 高晨)
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