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          小涂層大突破---株洲鉆石高端刀具取得重大進展

          發布時間:2015-06-22

          專項素描

          Ti-Al-X-N新型涂層技術是利用氣相沉積方法在高強度工具基體表面涂覆幾微米高硬度、高耐磨性難熔Ti-Al-X-N涂層,從而達到減少刀具磨損,延長壽命,提高切削速度的目的。它是高檔數控機床與基礎制造裝備國家重大專項課題取得的重要成果。

          重大突破

          這一技術打破了國外企業在高端刀具涂層技術領域的壟斷,提高了高檔涂層刀具的國產化率,為汽車、航空等重點用戶提高生產效率、降低生產成本打下了堅實基礎。

          應用前景

          株洲鉆石刀具在關鍵的涂層技術上取得突破,使汽車發動機缸體某關鍵部件加工的刀具成本降低了30%,將其典型用戶——奇瑞汽車的發動機加工刀具國產化率從20%提升至47%,在替代進口,滿足重點行業急需方面具有重大意義。

          中國作為制造大國已是不爭的事實。但我國在數控切削刀具技術方面與國外相比仍存在差距,突出表現在先進涂層制造和涂層技術的基礎研究方面。Ti-Al-X-N新型涂層技術的成功應用,一舉打破了國外強勢企業在高端刀具領域的壟斷,為提高刀具的國產化率打下了堅實基礎,為更好地滿足重點行業需求創造了條件,具有重大的經濟和社會效益。

          承載刀具核心技術

          機床被稱作“制造機器的機器”。如果說高檔數控機床是現代工業文明的藝術品,那么高端硬質合金精密刀具便是藝術品上的鉆石,而鉆石閃耀的光芒源自于刀具表面幾微米厚的精密涂層。

          據了解,涂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、摩擦系數小和熱導率低等特性。原因是涂層材料作為化學屏障和熱屏障,減少了刀具與工件間的擴散和化學反應,從而減少了磨損,使得刀具壽命提高3~10倍以上,切削速度提高20%~100%??梢哉f,薄薄一層涂料承載著刀具的核心技術。

          目前涂層刀具在切削刀具中占的比例已達到80%。由于國外企業在高端刀具領域占據壟斷地位,在我國數控機床專項中,刀具及其核心涂層技術的地位日益受到重視,對涂層技術的突破被列入多項課題研究中。

          趕超國際同類產品先進水平

          株洲鉆石公司自主研發Ti-Al-X-N新型涂層技術的道路并非一帆風順。初期引進涂層生產線時,株鉆只能生產普通的Ti-N和Ti-Al-N涂層。通過消化吸收,科研工作者開發出具有納米結構的Ti-Al-N涂層,比普通Ti-Al-N涂層性能有一定的提高,但仍舊不能滿足刀具行業發展的需要。在此形勢下,株鉆成立研發團隊,以專項課題精密工具創新能力平臺建設為契機,開展新型高性能涂層的集中攻關工作。

          經過大量的實驗,課題組選擇了最優的Ti-Al-X-N涂層,其抗氧化性能和硬度都較Ti-Al-N涂層高,但其切削性能和Ti-Al-N相比并無顯著提升。為了搞清楚涂層性能為何達不到預期效果,研發團隊首先將新涂層從基體上剝離下來研磨成粉末進行差示掃描量熱儀分析,分析涂層在高溫下的相結構演變、調幅分解過程。通過不懈努力,課題組制備出了優化納米復合多層結構涂層nc-TiAlN/Si3N4。

          據了解,Ti-Al-X-N新型涂層技術已獲得9項專利且全部為發明專利。PVD涂層產品硬度高于40GPa,達到超硬效應。在1100℃下空氣氣氛中氧化10小時后,涂層仍未完全氧化。在1100℃回火后,涂層的硬度仍能維持40GPa以上,與基體的結合強度超過90N。同期自主開發的CVD涂層α-Al2O3厚度達10微米,涂層結合力超過80N,加工鑄鐵切削速度可達500米。產品經用戶使用對比,在模具加工行業已達到或超過了國際同類產品先進水平。

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