專項素描

Ti-Al-X-N新型塗層技術是利用氣相沉積方法在高強度工具基體表面(miàn)塗覆幾微米高硬度、高耐磨性難熔Ti-Al-X-N塗層，從而達到減少刀具磨損，延長(cháng)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(guó)家重大專項課題取得的重要成(chéng)果。

重大突破

這(zhè)一技術打破了國(guó)外企業在高端刀具塗層技術領域的壟斷，提高了高檔塗層刀具的國(guó)産化率，爲汽車、航空等重點用戶提高生産效率、降低生産成(chéng)本打下了堅實基礎。

應用前景

株洲鑽石刀具在關鍵的塗層技術上取得突破，使汽車發(fā)動機缸體某關鍵部件加工的刀具成(chéng)本降低了30%，將(jiāng)其典型用戶——奇瑞汽車的發(fā)動機加工刀具國(guó)産化率從20%提升至47%，在替代進(jìn)口，滿足重點行業急需方面(miàn)具有重大意義。

中國(guó)作爲制造大國(guó)已是不争的事(shì)實。但我國(guó)在數控切削刀具技術方面(miàn)與國(guó)外相比仍存在差距，突出表現在先進(jìn)塗層制造和塗層技術的基礎研究方面(miàn)。Ti-Al-X-N新型塗層技術的成(chéng)功應用，一舉打破了國(guó)外強勢企業在高端刀具領域的壟斷，爲提高刀具的國(guó)産化率打下了堅實基礎，爲更好(hǎo)地滿足重點行業需求創造了條件，具有重大的經(jīng)濟和社會(huì)效益。

承載刀具核心技術

機床被(bèi)稱作“制造機器的機器”。如果說(shuō)高檔數控機床是現代工業文明的藝術品，那麼(me)高端硬質合金精密刀具便是藝術品上的鑽石，而鑽石閃耀的光芒源自于刀具表面(miàn)幾微米厚的精密塗層。

據了解，塗層刀具具有表面(miàn)硬度高、耐磨性好(hǎo)、化學(xué)性能(néng)穩定、耐熱耐氧化、摩擦系數小和熱導率低等特性。原因是塗層材料作爲化學(xué)屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學(xué)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%。可以說(shuō)，薄薄一層塗料承載著(zhe)刀具的核心技術。

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

趕超國(guó)際同類産品先進(jìn)水平

株洲鑽石公司自主研發(fā)Ti-Al-X-N新型塗層技術的道(dào)路并非一帆風順。初期引進(jìn)塗層生産線時(shí)，株鑽隻能(néng)生産普通的Ti-N和Ti-Al-N塗層。通過(guò)消化吸收，科研工作者開(kāi)發(fā)出具有納米結構的Ti-Al-N塗層，比普通Ti-Al-N塗層性能(néng)有一定的提高，但仍舊不能(néng)滿足刀具行業發(fā)展的需要。在此形勢下，株鑽成(chéng)立研發(fā)團隊，以專項課題精密工具創新能(néng)力平台建設爲契機，開(kāi)展新型高性能(néng)塗層的集中攻關工作。

經(jīng)過(guò)大量的實驗，課題組選擇了最優的Ti-Al-X-N塗層，其抗氧化性能(néng)和硬度都(dōu)較Ti-Al-N塗層高，但其切削性能(néng)和Ti-Al-N相比并無顯著(zhe)提升。爲了搞清楚塗層性能(néng)爲何達不到預期效果，研發(fā)團隊首先將(jiāng)新塗層從基體上剝離下來研磨成(chéng)粉末進(jìn)行差示掃描量熱儀分析，分析塗層在高溫下的相結構演變、調幅分解過(guò)程。通過(guò)不懈努力，課題組制備出了優化納米複合多層結構塗層nc-TiAlN/Si3N4。

據了解，Ti-Al-X-N新型塗層技術已獲得9項專利且全部爲發(fā)明專利。PVD塗層産品硬度高于40GPa，達到超硬效應。在1100℃下空氣氣氛中氧化10小時(shí)後(hòu)，塗層仍未完全氧化。在1100℃回火後(hòu)，塗層的硬度仍能(néng)維持40GPa以上，與基體的結合強度超過(guò)90N。同期自主開(kāi)發(fā)的CVD塗層α-Al2O3厚度達10微米，塗層結合力超過(guò)80N，加工鑄鐵切削速度可達500米。産品經(jīng)用戶使用對(duì)比，在模具加工行業已達到或超過(guò)了國(guó)際同類産品先進(jìn)水平。