例如Melin工具公司自2002年6月起就停止使用原来的标准TiAlN涂层,并推荐用AlTiN涂层来替代。TiAlN涂层的硬度为2600HV,而AlTiN涂层的硬度可达4500HV。
图3 多涂层超级氮化物AlTiN涂层的显微组织
但是,对AlTiN硬度方面的见解并不统一,因为铝含量并不是影响硬度的唯一因素。Balzers公司的研究开发部经理Wolfgang Kalss就不相信随着铝含量上升,涂层硬度相应提高这种观点。他说:“把铝含量提高到超过65%是可能的。但是提高铝含量后,也会形成较软的AlN相,使硬度降低。”他还补充谈到,Balzers曾收集分析各种数据,发现在铝、钛比达到1:1时,涂层硬度最高。
虽然对AlTiN涂层在切削过程中的硬度值存在争议,但是对于涂层表面在切削过程中氧化形成Al2O3覆盖层的说明却没有分歧。冶金工艺公司的销售经理Kris Lang说:“因为切削过程中形成了氧化物覆盖层,使脆性的涂层在抗热性提高的同时也提高了硬度。”
他补充说明,AlTiN涂层刀具的理想工作速度为183~244m/min,主轴转速为20000~40000r/min或更高,并且切削深度较浅。在这种条件下工作,生产效率较高,主轴所受压力较小,表面较光洁,切屑较细有利于带走较多的切削热。这对切屑下侧的涂层耐久性要求也不象低速切削那么高。这种工作条件对于切削可加工性标准值低达7~8%镍基合金来说是很需要的。
AlTiN涂层中还可加入碳,这样在切削镍基合金时可增加刀具韧性。Lang补充说,正在进行的一项试验是在涂层中加入硅,作为粘结剂强化涂层的显微结构,以改善其性能。
图4 CC800/9.I.P炉子有一个高压脉冲刻蚀阶段,对工件进行涂前清理。这个功能对于形状复杂的刀具(剪板机刀片)等特别有利
Lang指出,随着越来越多的厂家购买加工中心,AlTiN涂层刀具的使用也增加了。他的公司已有40%的涂层采用AlTiN,其中的40%两年前已开始使用。尽管如此,还应了解某种AlTiN涂层和另一种AlTiN涂层性能各不相同。而且,在不同的使用条件下,AlTiN涂层并不总是最经济的或最佳的选择。
Lang说:“铝基涂层的种类很多,要找出一种标准的常用涂层,并且要求它对各种具体的使用条件都达到最佳性能却十分困难。实际上,涂层的成分应随具体使用条件而变。本公司有能力按用户需要设计涂层。包括涂层的显微结构、主要成分、涂层的总体布置(如单层、多层或梯度涂层等)及涂层厚度。”