Режущие инструменты. Как выбрать подходящее покрытие?

Химическое осаждение из паровой фазы (Chemical Vapor Deposition = CVD) – это технология нанесения почти свободных от внутренних напряжений покрытий посредством термохимических реакций.  

Исходные компоненты для нанесения покрытия переводятся в газообразное состояние и в таком виде подводятся в зону нанесения. Затем компоненты в газообразном состоянии либо разлагаются, либо вступают в реакцию с другими исходными компонентами и осаждаются тонким слоем на субстрате. Процесс может протекать при пониженном или атмосферном давлении.  

В качестве условия для поверхностной реакции температура субстрата должна составлять до 1000 градусов Цельсия. Для оптимизации данных процессов может использоваться плазма, которая ускоряет реакцию, что позволяет снизить температуру нанесения покрытия.   

Технология CVD применяется для нанесения покрытий толщиной от 5 до 12 мкм, в некоторых случаях до 20 мкм. Для нанесения покрытия используются TiC, TiCN, TiN и оксиды алюминия (Al₂0₃). Покрытия могут наносится в один или несколько слоев. 

Покрытия CVD оптимально подходят в тех случаях, когда требуется высокая износостойкость, например, при общей токарной обработке нержавеющих сталей и обработке отверстий в стали, поскольку толстые покрытия CVD обеспечивают устойчивость к кратерному износу. А также для обработки материалов групп ISO P, ISO M и ISO K. Для обработки отверстий сплавы с покрытием CVD обычно используются в наружной режущей кромке. 

Технология PVD, в отличие от метода CVD, основана на чисто физических процессах. При этом речь идет о конденсации пара наносимого материала на поверхности субстрата. Чтобы частицы пара достигали детали и не терялись в результате рассеяния, напыление происходит при пониженном давлении. Так как покрытие PVD наносится при более низких температурах, от 400 до 600 градусов Цельсия, отрицательное влияние на свойства субстрата меньше, чем при использовании метода CVD. Это позволяет в значительной степени сохранить прочность специальных, мелкозернистых твердых сплавов.

Покрытие PVD наносится четырьмя основными способами: напылением, реактивным (катодным) распылением, вакуумно-дуговым методом и ионным осаждением. Наиболее популярной является технология катодного распыления. Используя разные варианты PVD, можно в очень чистой форме напылять почти все металлы и углерод. В условиях подачи активных газов, таких как кислород, азот или углеводороды, можно напылять оксиды, нитриды или карбиды.

Если требуется высокая прочность, предлагается многослойное покрытие. При этом наносятся до 2000 отдельных слоев, толщина которых составляет всего несколько нанометров. Многослойная структура покрытия предупреждает распространение внутрь возникающих при обработке микротрещин. Снимаемый материал не проникает в режущую кромку настолько быстро, чтобы вызвать ее разрушение. Поэтому многослойное покрытие обеспечивает более высокую стойкость. Помимо многослойной структуры важную роль играет самый верхний слой. В особенности цветные металлы склонны к наростообразованию, которое приводит к повышению усилий резания и температур и, следовательно, увеличивает интенсивность износа инструмента. Верхний слой с низким коэффициентом трения уменьшает подобные отрицательные эффекты. 

Для нанесения покрытия CVD, как правило, используются TiC, TiCN, TiN и оксиды алюминия (Al₂0₃). Используя разные варианты PVD, можно напылять почти все металлы и углерод. Для облегчения выбора мы предлагаем обзор свойств наиболее популярных соединений: