塗層刀具

塗層刀具

塗層刀具是在強度和韌性較好的硬質合金或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉積方法塗覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物(也可塗覆在陶瓷、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而獲得的。塗層作為一個化學屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應，從而減少了月牙槽磨損。

簡介

塗層刀具

塗層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、耐熱耐氧化、摩擦因數小和熱導率低等特性，切削時可比未塗層刀具提高刀具壽命3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1級，降低刀具消耗費用20%~50%。因此，塗層刀具已成為現代切削刀具的標誌，在刀具中的使用比例已超過50%。切削加工中使用的各種刀具，包括車刀、鏜刀、鑽頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀和插齒刀等都可採用塗層工藝來提高它們的使用性能。
塗層刀具有四種：塗層高速鋼刀具，塗層硬質合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金剛石或立方氮化硼)刀片上的塗層刀具。但以前兩種塗層刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的塗層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度(可提高10%以上)，可減少刀片的崩刃及破損，擴大套用範圍。

塗層方法

塗層刀具

生產上常用的塗層方法有兩種：物理氣相沉積(PVD) 法和化學氣相沉積(CVD) 法。前者沉積溫度為500℃，塗層厚度為2~5µm；後者的沉積溫度為900℃~1100℃，塗層厚度可達5~10µm，並且設備簡單，塗層均勻。因PVD法未超過高速鋼本身的回火溫度，故高速鋼刀具一般採用PVD法，硬質合金大多採用CVD法。硬質合金用CVD法塗層時，由於其沉積溫度高，故塗層與基體之間容易形成一層脆性的脫碳層(η相)，導致刀片脆性破裂。隨著塗覆技術的進步，硬質合金也可採用PVD法。國外還用PVD/CVD相結合的技術，開發了複合的塗層工藝，稱為PACVD法(電漿化學氣相沉積法)。即利用電漿來促進化學反應，可把塗覆溫度降至400℃以下(塗覆溫度已可降至180℃~200℃)，使硬質合金基體與塗層材料之間不會產生擴散、相變或交換反應，可保持刀片原有的韌性。據報導，這種方法對塗覆金剛石和立方氮化硼(CBN)超硬塗層特別有效。
用CVD法塗層時，切削刃需預先進行鈍化處理(鈍圓半徑一般為0.02~0.08mm，切削刃強度隨鈍圓半徑增大而提高)，故刃口沒有未塗層刀片鋒利。所以，對精加工產生薄切屑、要求切削刃鋒利的刀具應採用PVD法。塗層除可塗覆在普通切削刀片上外，還可塗覆到整體刀具上，已發展到塗覆在焊的硬質合金刀具上。據報導，國外某公司在焊接式的硬質合金鑽頭上採用了PCVD法，結果使加工鋼料時的鑽頭壽命比高速鋼鑽頭長10倍，效率提高5倍。
各種新型塗層

塗層	顏色	硬度HV	厚度µm	摩擦係數	最高使用溫度℃	說明
ZrCN複合	蘭灰	2500	1-4	0.3	550	通用性強
TiN單層	金黃	2300	1-4	0.4	500	高性價比塗層
TiAlN複合	紫色	3200	1-4	0.5	800	通用性強
AlTiN複合	黑	3400	1-4	0.5	900	高速、高硬度加工
TiAlCrN	亞黑	3500	1-4	0.6	1000	特殊加工領域
TiCN漸層	灰黑	3000	1-4	0.4	400	高韌性通用塗層
CrN漸層	銀亮	2000	3-15	0.5	700	適用加工銅、鈦、模具
DLC	黑彩	1000~4000	0.5-2	0.05	400	適用於有色金屬、石墨、塑膠

塗層材料

塗層刀具

塗層材料須具有硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、不與工件材料發生化學反應、耐熱耐氧化、摩擦因數低，以及與基體附著牢固等要求。顯然，單一的塗層材料很難滿足上述各項要求。所以硬質塗層材料已由最初只能塗單一的TiC、TiN、Al2O3，進入到開發厚膜、複合和多元塗層的新階段。新開發的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多層塗層與TiC、TiN、Al2O3等塗層的複合，加上新型的抗塑性變形基體，在改善塗層的韌性、塗層與基體的結合強度、提高塗層耐磨性方面有了重大進展。又突破了在硬質合金基體上塗覆金剛石薄膜技術，全面提高了刀具的性能。
工藝最成熟和套用最廣泛的硬質塗層材料是TiN，但TiN與基體結合強度不及TiC塗層，塗層易剝落，且硬度也不如TiC高，在切削溫度較高時膜層易氧化而被燒蝕。TiC塗層有較高的硬度與耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐衝擊。TiCN兼有TiC和TiN兩種材料的優點，它在塗覆過程中可通過連續改變C、N的成份控制TiCN性質，並形成不同成份的多層結構，可降低塗層的內應力，提高韌性，增加塗層的厚度，阻止裂紋的擴展，減少崩刃。所以，生產的一些刀片，如瑞典Sandvik公司推薦用於加工鋼料的GC4000系列刀片、中國株洲硬質合金廠生產的CN系列刀片、日本東芝公司的T715X和T725X塗層刀片中均有TiCN塗層成份。TiCN基塗層適於加工普通鋼、合金鋼、不鏽鋼和耐磨鑄鐵等材料，用它加工工件時的材料切除率可提高2~3倍。
TiAlN、CrN、TiAlCrN是開發的硬質塗層新材料。TiAlN塗層刀片已商品化。它的化學穩定性和抗氧化磨損性能好，用其加工高合金鋼、不鏽鋼、鈦合金和鎳合金時的刀具壽命可比TiN塗層高3~4倍。此外，TiAlN塗層中如果有合適的鋁濃度，切削時在刀具前刀面和切屑的界面上還會產生一層硬質的惰性保護膜，該膜有較好的隔熱性，可更有效地用於高速切削。例如，美國Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN塗層，是專為高速銑削合金鋼、高合金鋼和不鏽鋼等高性能材料而設計的。CrN是一種無鈦塗層，適於切削鈦和鈦合金、銅、鋁以及其它軟材料，化學穩定性好，不產生粘屑。TiAlCrN是一種梯度結構塗層，不僅具有高的韌性和硬度，而且摩擦因數也較小，適用於銑刀、滾刀、絲錐等多種刀具，切削性能明顯優於TiN。
德國某公司開發了Supernitride塗層系列，其中超級氮化鈦塗層有很高的含鋁量，可形成穩定的氧化層(氧化溫1000℃)，它比一般的TiAlN塗層更硬、更緻密、更耐高溫，適用於高速切削、乾式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高達58HRC以上的淬火鋼。
此外，納米超薄膜塗層工藝已日趨成熟。據報導，日本某公司推出了一種高速強力型鑽頭，它是在韌性好的K(WC+Co)硬質合金基體上互動塗覆了1,000層TiN和AlN超薄膜塗層，塗層厚度約2.5µm。使用表明，該鑽頭的抗彎強度與斷裂韌性可大幅度提高，其硬度則與CBN相當，刀具壽命可提高2倍左右。該公司還開發出ZX塗層立銑刀，超薄膜鍍層數達2,000層，每層厚度約1nm，用該立銑刀加工60HRC的高硬度材料，刀具壽命遠高於TiCN和TiAlN塗層刀具。第八屆中國國際工具機展覽會(CIMT2003)上，瑞士某公司推出的納米結構塗層(AITiN/SiN) 立銑刀，其塗層硬度為45GPa，氧化溫度1100℃，切削對比試驗表明，其壽命比TiN塗層立銑刀高3倍，比TiAlCN塗層立銑刀高2倍。除上述AITiN/SiN、TiAlCN新塗層外，還有特定功能的塗層，如MoS2、DLC潤滑塗層，其摩擦因數小(0.05)，適於塗覆絲錐、鑽頭等刀具，可改善排屑性能，或者作為複合塗層的表面塗層，減少切屑的粘結。

日常保護及維修

管制刀具，是指匕首、三棱刀、彈簧刀（跳刀）及其他相類似的單刃、雙刃、三棱尖刀。根據中華人民共和國公安部《對部分刀具實行管制的暫行規定》第2條至第7條的規定，管制刀具的佩帶範圍和生產、購銷均有法定手續。
每一個負責和愛惜刀具的使用者（指我們所有人！）應該懂得保養刀具的基本方法。一把保養得好的刀是你有用的夥伴。術語“刀照料”當然不僅僅是磨刀，在這篇文章中我將重點談到刀具保養的幾個要點，把這些建議和提示與你已有的磨刀知識結合起來，可以幫助你把你的刀具始終保持在最佳狀況。
刀具最大的敵人就是生鏽，即使廠商使用不鏽鋼來製造刀刃，你也不要傻到以為你的刀永不可能生鏽。只要條件合適，銹斑會毫不猶豫地出現在不鏽鋼面上。尤其是在沿海環境中使用刀具時，更加要注意這個問題，因為海邊的空氣比其他地方潮濕，並混合有鹽份。因此在刀鋒表面塗上一層潤滑油來保護刀刃的鋼面不直接接觸含鹽份的潮濕空氣侵蝕。任何一款潤滑油都可以起到這個作用。我用的是“三合一”（3In-One）的牌子的潤滑油，你可以在附近的五金店或家居中心買到它。另外，它還可以用來作為折刀潤滑油，但是，在你這樣用它之前，我建議你最好先讀後面關於折刀潤滑油的部分。WD-40也非常有效，但我不太願意用它，因為當你用刀的時候，油的味道會沾到手上。如果刀直接沾到海水，你應該在用完後立刻用淨水沖洗，然後上油。
建議用Dri-Lube來作折刀潤滑油的幾個理由：
1、它不含水分，噴後只留下薄層，不沾染，不會形成凝結狀水跡，總之不會弄髒刀身；
2、這個薄層不會吸附纖維和灰塵，不知是什麼原因，折刀很容易吸附微層和纖維；
3、只要噴一點就行了，它不會被沖洗掉或脫落，因此很少一點都可以重複使用，是“很少一點起很大作用的”那類東西。
售價是6美金一罐，一罐4盎斯，應該夠用了，我是說如果你只用於折刀的話（不過我保證你會忍不住把它用在其他東西的樞軸潤滑上！）。
在噴口中有一根細管，方便很精確地噴用。請注意使用時要很小心，尤其是用在黑色刀刃的戰術折刀上的時候，因為潤滑油在黑色電鍍材料上幹了以後會留下一個反光亮斑，如果不小心沾上了，只要用肥皂和水洗掉就行了。雷明頓Dri-Lube潤滑油在美國的任何武器商店都可以買到。
有了潤滑油是一回事，而知道把它用在哪是另一回事，象Dri-Lube這樣的噴霧潤滑油最好用線上鎖刀上。將噴頭細管口對準刀具樞軸部分噴上即可，然後再開、關刀幾次，如果需要就再多噴一點。對背鎖式和滑動聯結式的刀來說，技巧有點不同。將噴頭對準刀刃和刀柄交界處的空隙上油就行了。最好的做法是，打開刀刃與刀柄成90度垂直，然後上油，再反覆開關刀多次，使潤滑油完全滲進去。定期地作好這個工作，確保你的折刀始終在最佳狀態。
給很受歡迎的“蝴蝶”BenchmadeCQC7用戶的忠告是電鍍表面很容易生鏽。這種生鏽被我稱為表面銹，它不會滲入鋼材內部。我曾親身經歷過這種情況，那是在一個又炎熱有潮濕的夏天，我一連好幾天把我的CQC7970S別在腰帶上，汗水在刀刃上凝乾後，留下了淡褐色的銹跡。我一發現，就滴了幾滴3In-One油在有銹斑的地方，並用布輕輕地揩拭，很容易就把銹斑去掉了，後來我常常記得上油，刀也沒有再生鏽。
折刀潤滑油——很重要的章節
保養折刀的另一個要點是注意折刀的樞軸部分的潤滑，3In-One潤滑油同樣很有用，只要幾滴就足夠了。
在用過不同潤滑劑之後，我很高興告訴大家我終於找到了完美的折刀潤滑油。它叫做“Dri-Lube”，是美洲的首位槍品牌廠商，雷明頓（Remington）出品的。它用的是噴霧頭（不含CFC，可以放心使用!），含有特氟隆。我一直用這種潤滑油，質感潤滑，很棒!