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一般情況下，AlTiN是常見的刀具涂層。對于一些特殊的加工材料，Al2O3涂層能夠取得更好的效果。

在加工過程中，切削刀具將承受幾方面的損傷，如切削熱、高壓、磨損和熱振蕩。刃口的溫度將超過1000℃。這種極端的熱量將破壞刀具材料各成分的結合力及其他成分，還有可能導致刀具和被加工材料間發(fā)生有害的化學反應。磨損是切削過程中始終發(fā)生的情況，刀具和被加工材料間的接觸面將承受大于140bar（1bar=0.1MPa）的壓力。熱振蕩：刀具的快速加熱和冷卻是加工過程中非常普遍的情況；在切削過程中，刀片被加熱，當刀片離開切削面時，刀片被冷卻。機械振蕩在加工斷續(xù)表面時經常發(fā)生。根據具體操作和被加工工件的情況，機械振蕩有時扮演著車削加工的角色。粘連磨損經常發(fā)生在被加工材料粘連在刀具表面的情況下（形成積屑瘤，圖1）。

圖1 a：沒有積屑瘤；b：明顯積屑瘤

為了解決上述這些在切削過程中不利因素的影響，許多切削刀具都通過在PVD設備內的電弧沉積技術沉積了一層AlTiN涂層。AlTiN類的涂層主要應用在干式高速切削加工中，具有很多的優(yōu)點，如高硬度（HV>30GPa），很好的耐磨損性能，很好的耐高溫氧化性（850℃），以及低的熱傳導性。

在一些應用上需要特殊的涂層，如Al2O3涂層。比如硬質合金刀片上的Al2O3涂層具有抗月牙洼和抗熱裂化的優(yōu)點。Al2O3涂層的刀片通常是CVD（化學氣相沉積）方法沉積的，但是有一些缺點：因為是在高溫下的沉積（1000℃），硬質合金變脆將影響刀片在金屬切削方面的應用，尤其是在銑削方面。Al2O3的PVD涂層因為其較低的沉積溫度范圍（一般在350～600℃）帶來了很多優(yōu)點。特別是高溫穩(wěn)定性，化學穩(wěn)定性和低導熱導電性能是其優(yōu)于其他涂層的特點。在不銹鋼的銑削或者是難切削材料的切削方面，PVD的Al2O3涂層與傳統(tǒng)PVD涂層相比顯示了更好的性能。

通過分析AlTiN涂層和Al2O3涂層的界面顯微結構，Al2O3涂層與面心立方晶格AlTiN非常好地結合。結構分析顯示Al2O3涂層是以γ相存在的非晶鉻結構。晶粒尺寸大概是在5～10nm。最初的切削試驗是使用標準SP12刀片，用來干式銑削加工CrMo4鋼。AlTiN涂層和AlTiN＋Al2O3涂層的磨損量對比情況見圖2。

圖2 干切削加工42 CrMoV4

使用混合涂層技術的PVD涂層設備——陰極電弧蒸發(fā)技術和磁控濺射技術，可以在一個工藝過程中混合使用?；旌霞夹g結合了PVD硬膜的優(yōu)點，出色的耐磨損性能，低摩擦系數和低化學活動性。電弧涂層作為結合層，給整個涂層提供必要的抗磨損能力；Al2O3涂層具有溫度和化學穩(wěn)定性。此類涂層的典型截面顯微結構見圖3。

圖3 AlTiN＋Al2O3顯微結構

沉積前，把被加工工件加熱到工藝溫度，系統(tǒng)被抽至基壓；隨后工件被氬離子或金屬離子蝕刻；然后開始沉積電弧層，在其頂部Al2O3涂層通過濺射方法，在金屬靶材和氬－氧混合氣體條件下獲得。此外，Al2O3涂層也可以作為單獨的涂層在一些特殊情況下應用。Al2O3涂層通過一種獨特設計的濺射陰極結合工藝氣體的優(yōu)化設計系統(tǒng)沉積而成。通過電磁感應線圈形成的閉路磁場在工件附近形成了高離化率的等離子體，進而實現要求的涂層性能。此項技術的優(yōu)點是工藝過程易于控制，沉積過程的穩(wěn)定一致。沉積速率(≥0.5μm/h)完全能夠滿足工業(yè)生產的需求。

通過電弧技術沉積的工具涂層，如AlTiN涂層能夠進一步提高刀具的應用性能。刀具涂層技術的下一步發(fā)展應該是基于電弧技術和濺射技術的混合技術。正是將這兩種技術結合在一起，形成了對刀具應用性能新突破的基礎。