專項素描

Ti-Al-X-N新型塗層技術(shù)是利用氣相(xiàng)沉積方法在高強度工(gōng)具基體(tǐ)表面塗覆幾微米高硬度、高耐磨性難熔Ti-Al-X-N塗層，從(cóng)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(jī)床與基礎制造裝備國(guó)家重大(dà)專項課題取得(de)的重要成果。

重大(dà)突破

這一技術(shù)打破了國(guó)外企業在高端刀具塗層技術(shù)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(shēng)産效率、降低生(shēng)産成本打下了堅實基礎。

應用前景

株洲鑽石刀具在關鍵的塗層技術(shù)上取得(de)突破，使汽車發動機(jī)缸體(tǐ)某關鍵部件(jiàn)加工(gōng)的刀具成本降低了30%，将其典型用戶——奇瑞汽車的發動機(jī)加工(gōng)刀具國(guó)産化率從(cóng)20%提升至47%，在替代進口，滿足重點行業急需方面具有重大(dà)意義。

中國(guó)作(zuò)爲制造大(dà)國(guó)已是不争的事(shì)實。但(dàn)我國(guó)在數控切削刀具技術(shù)方面與國(guó)外相(xiàng)比仍存在差距，突出表現在先進塗層制造和塗層技術(shù)的基礎研究方面。Ti-Al-X-N新型塗層技術(shù)的成功應用，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，爲更好地滿足重點行業需求創造了條件(jiàn)，具有重大(dà)的經濟和社會效益。

承載刀具核心技術(shù)

機(jī)床被稱作(zuò)“制造機(jī)器的機(jī)器”。如(rú)果說(shuō)高檔數控機(jī)床是現代工(gōng)業文明的藝術(shù)品，那麽高端硬質合金精密刀具便是藝術(shù)品上的鑽石，而鑽石閃耀的光(guāng)芒源自(zì)于刀具表面幾微米厚的精密塗層。

據了解，塗層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、耐熱(rè)耐氧化、摩擦系數小和熱(rè)導率低等特性。原因是塗層材料作(zuò)爲化學屏障和熱(rè)屏障，減少了刀具與工(gōng)件(jiàn)間的擴散和化學反應，從(cóng)而減少了磨損，使得(de)刀具壽命提高3～10倍以上，切削速度提高20%～100%。可(kě)以說(shuō)，薄薄一層塗料承載着刀具的核心技術(shù)。

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(jī)床專項中，刀具及其核心塗層技術(shù)的地位日(rì)益受到重視，對塗層技術(shù)的突破被列入多項課題研究中。

趕超國(guó)際同類産品先進水平

株洲鑽石公司自(zì)主研發Ti-Al-X-N新型塗層技術(shù)的道路(lù)并非一帆風(fēng)順。初期引進塗層生(shēng)産線時，株鑽隻能生(shēng)産普通的Ti-N和Ti-Al-N塗層。通過消化吸收，科(kē)研工(gōng)作(zuò)者開發出具有納米結構的Ti-Al-N塗層，比普通Ti-Al-N塗層性能有一定的提高，但(dàn)仍舊不能滿足刀具行業發展的需要。在此形勢下，株鑽成立研發團隊，以專項課題精密工(gōng)具創新能力平台建設爲契機(jī)，開展新型高性能塗層的集中攻關工(gōng)作(zuò)。

經過大(dà)量的實驗，課題組選擇了最優的Ti-Al-X-N塗層，其抗氧化性能和硬度都(dōu)較Ti-Al-N塗層高，但(dàn)其切削性能和Ti-Al-N相(xiàng)比并無顯着提升。爲了搞清楚塗層性能爲何達不到預期效果，研發團隊首先将新塗層從(cóng)基體(tǐ)上剝離(lí)下來(lái)研磨成粉末進行差示掃描量熱(rè)儀分(fēn)析，分(fēn)析塗層在高溫下的相(xiàng)結構演變、調幅分(fēn)解過程。通過不懈努力，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(shù)已獲得(de)9項專利且全部爲發明專利。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小時後，塗層仍未完全氧化。在1100℃回火(huǒ)後，塗層的硬度仍能維持40GPa以上，與基體(tǐ)的結合強度超過90N。同期自(zì)主開發的CVD塗層α-Al2O3厚度達10微米，塗層結合力超過80N，加工(gōng)鑄鐵切削速度可(kě)達500米。産品經用戶使用對比，在模具加工(gōng)行業已達到或超過了國(guó)際同類産品先進水平。