小涂層大突破 高端刀具推進制造業(yè)由大變強

重大突破 這一技術(shù)打破了國外企業(yè)在高端刀具涂層技術(shù)領(lǐng)域的壟斷，提高了高檔涂層刀具的國產(chǎn)化率，為汽車、航空等重點用戶提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本打下了堅實基礎(chǔ)。

應(yīng)用前景 株洲鉆石刀具在關(guān)鍵的涂層技術(shù)上取得突破，使汽車發(fā)動機缸體某關(guān)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(fā)動機加工刀具國產(chǎn)化率從20%提升至47%，在替代進口，滿足重點行業(yè)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(shù)控切削刀具技術(shù)方面與國外相比仍存在差距，突出表現(xiàn)在先進涂層制造和涂層技術(shù)的基礎(chǔ)研究方面。Ti-Al-X-N新型涂層技術(shù)的成功應(yīng)用，一舉打破了國外強勢企業(yè)在高端刀具領(lǐng)域的壟斷，為提高刀具的國產(chǎn)化率打下了堅實基礎(chǔ)，為更好地滿足重點行業(yè)需求創(chuàng)造了條件，具有重大的經(jīng)濟和社會效益。

承載刀具核心技術(shù)

機床被稱作“制造機器的機器”。如果說高檔數(shù)控機床是現(xiàn)代工業(yè)文明的藝術(shù)品，那么高端硬質(zhì)合金精密刀具便是藝術(shù)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(jù)了解，涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦系數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性。原因是涂層材料作為化學(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(yīng)，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(shù)。

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(yè)在高端刀具領(lǐng)域占據(jù)壟斷地位，在我國數(shù)控機床專項中，刀具及其核心涂層技術(shù)的地位日益受到重視，對涂層技術(shù)的突破被列入多項課題研究中。

趕超國際同類產(chǎn)品先進水平

株洲鉆石公司自主研發(fā)Ti-Al-X-N新型涂層技術(shù)的道路并非一帆風順。初期引進涂層生產(chǎn)線時，株鉆只能生產(chǎn)普通的Ti-N和Ti-Al-N涂層。通過消化吸收，科研工作者開發(fā)出具有納米結(jié)構(gòu)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(yè)發(fā)展的需要。在此形勢下，株鉆成立研發(fā)團隊，以專項課題精密工具創(chuàng)新能力平臺建設(shè)為契機，開展新型高性能涂層的集中攻關(guān)工作。

經(jīng)過大量的實驗，課題組選擇了最優(yōu)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(yù)期效果，研發(fā)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(jié)構(gòu)演變、調(diào)幅分解過程。通過不懈努力，課題組制備出了優(yōu)化納米復(fù)合多層結(jié)構(gòu)涂層nc-TiAlN/Si3N4。

據(jù)了解，Ti-Al-X-N新型涂層技術(shù)已獲得9項專利且全部為發(fā)明專利。PVD涂層產(chǎn)品硬度高于40GPa，達到超硬效應(yīng)。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(jié)合強度超過90N。同期自主開發(fā)的CVD涂層α-Al2O3厚度達10微米，涂層結(jié)合力超過80N，加工鑄鐵切削速度可達500米。產(chǎn)品經(jīng)用戶使用對比，在模具加工行業(yè)已達到或超過了國際同類產(chǎn)品先進水平。