慧聪表面处理网:介绍了CBN的性能和制备cBN涂层的方法(等离子体增强脉冲激光沉积法和热丝辅助射频等离子体CVD法);简述了cBN涂层的研究现状及其发展前景;通过等离子体增强脉冲激光沉积法制备cBN涂层的试验结果,认为增强cBN涂层与刀具基体的结合力是将cBN涂层用作刀具涂层必须解决的问题。
随着现代切削技术的发展,金属切除率不断提高。1900年,用碳素工具钢刀具车削标准钢棒(500mm×100mm)需用时约100分钟,20世纪50年代采用硬质合金刀具后,加工时间缩短为几分钟。1969年开始采用涂层硬质合金刀具,最初用涂层刀片切削标准钢棒需用时1.5min,而采用GC1025和GC015涂层刀片使加工时间进一步缩短到1.25min和1min。通过对加工过程进行分析可知,要提高切削速度、降低切削成本,在所有加工因素中最经济的办法就是应用新型刀具材料。
刀具表面涂层是提高刀具寿命、降低切削成本的有效手段。刀具涂层不仅可以提高刀具的表面硬度,增强其耐磨性,而且可以减小刀具表面摩擦系数,增加润滑能力,提高切削速度,减少换刀次数,提高被加工零件的精度和表面质量,从而提高生产效率。目前,在工业发达国家,涂层刀具已占所用全部刀具的80%以上,而我国这一比例尚不及20%,因此推广涂层刀具的应用、开发新的涂层刀具材料具有重大意义。
1.CBN的性能特点
CBN(CubicBoronNitride,立方氮化硼)是继人工合成金刚石之后出现的另一种超硬无机材料,它除了具有许多与金刚石类似的优异物理、化学特性,如超高硬度(仅次于金刚石)、高耐磨性、低摩擦系数、低热膨胀系数等,同时还具有一些优于金刚石的特性(cBN与金刚石的性能对比见表1)。与金刚石不适合加工钢铁材料不同,cBN对铁族金属具有极为稳定的化学性能,因此可广泛用于钢铁制品的精密加工、研磨等。cBN除具有优良的耐磨损性能外,其耐热性也极为优良,在相当高的切削温度下也能切削耐热钢、淬火钢、钛合金等,并能切削高硬度的冷硬轧辊、渗碳淬火材料以及对刀具磨损非常严重的SiAl合金等难加工材料。
CBN与金刚石的性能对比
性能――CBN――金刚石
晶体结构――闪锌矿――金刚石
晶格常数(A°)――3.615――3.567
密度(g·cm-3)――3.48――3.515
显微硬度(MPa)――46042~84337――>88260
弹性模量(GPa)――700――1000
热膨胀系数(×10的-6次方/℃)――4.7――3.1
化学稳定性――与Fe系金属不反应,大气中至1000℃不氧化――与Fe系金属反应,大气中600℃以上氧化
热稳定性――真空中,温度至1550℃才发生从cBN至hBN的相变――真空中,温度超过1300℃,金刚石开始向石墨转变