作者：廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 王周成 祁正兵    來源：中國機械與金屬 }n)0}U5;0  
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切削刀具（涂層硬質(zhì)合金和涂層高速鋼刀具）表面涂層技術(shù)是近幾十年來應(yīng)巿場需求發(fā)展起來的材料表面改性技術(shù)。采用涂層技術(shù)可有效延長切削刀具的使用壽命，賦予刀具優(yōu)良的綜合機械性能，從而大幅提高機械加工效率。也正因為此，涂層技術(shù)與切削材料、切削加工工藝一起并稱為切削刀具制造領(lǐng)域的三大關(guān)鍵技術(shù)。 18$d-[hX  
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切削刀具涂層是指在機械切削刀具的表面上涂覆一層硬度和耐磨性很高的物質(zhì)。為滿足現(xiàn)代機械加工對高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各國制造業(yè)對涂層技術(shù)的發(fā)展及其在刀具制造中的應(yīng)用日益重視，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的工廠中，實施了涂層的刀具在總體中的占比近60%。 _z p<en[  
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目前涂層技術(shù)方法主要有氣相沉積法、溶膠－凝膠法、熱噴涂法等。其中，氣相沉積法的應(yīng)用較多，且制備涂層的質(zhì)量較高。氣相沉積技術(shù)通�？煞譃槲锢須庀喑练e（physical vapor deposition，PVD）和化學(xué)氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）。 Q0A4}  
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通過氣相沉積法制備切削刀具表面涂層的方法主要包括以下幾種：磁控濺射沉積涂層、電弧離子鍍沉積涂層、高溫化學(xué)氣相沉積涂層、中溫化學(xué)氣相沉積涂層、等離子增強化學(xué)氣相沉積涂層。這當(dāng)中最常用的為高溫化學(xué)氣相沉積、磁控濺射沉積和電弧離子鍍，下文將結(jié)合各類涂層技術(shù)的不同機理，闡述其優(yōu)缺點。 txEN7!  
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磁控濺射沉積技術(shù) ?mMM{{%(.  
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磁控濺射沉積涂層（magnetron sputtering）技術(shù)屬于輝光放電范疇，利用陰極濺射原理進(jìn)行鍍膜。膜層粒子來源于輝光放電中氬離子對陰極靶材產(chǎn)生的陰極濺射作用。氬離子將靶材原子濺射下來后，沉積到工件上形成所需膜層。因為在濺射裝置的靶材部分引入磁場，磁力線將電子約束在靶材表面附近，延長其在等離子體中的運動軌跡，從而提高其在參與氣體分子碰撞和電離過程的程度。 ED0cnr\yG  
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磁控濺射沉積具有如下優(yōu)點：（1）沉積速率高、維持放電所需靶電壓低；（2）電子對于襯底的轟擊能量��；（3）膜層組織細(xì)密，由于磁控濺射沉積涂層是靠陰極濺射方式得到的原子態(tài)粒子，攜帶著從靶面獲得的較高能量到達(dá)工件，利于形成細(xì)小核心、長成非常細(xì)密的膜層組織；（4）磁控濺射沉積涂層能夠獲得大面積薄膜，可獲得廣泛應(yīng)用。 }L0 [Jo:  
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但是這一方法也存在以下一些問題：（1）靶材刻蝕不均勻。由于磁場強度分布不均勻，使靶材利用率低。這可以通過合理設(shè)計靶材結(jié)構(gòu)、配加電磁場來促成靶面磁場強度的變化，實現(xiàn)放電掃描，從而有效提高靶材利用率。（2）金屬離化率低。針對此，可按要求加大（或減少）靶中心的磁體體積，造成部分磁力線發(fā)散至距靶較遠(yuǎn)的襯底附近，達(dá)成非平衡磁控濺射（unbalanced magnetron sputtering）。 pPL=(9d  
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值得一提的是，磁控濺射方法也可用于制備多層膜和納米膜，而隨著高新技術(shù)和新興加工業(yè)的迅速發(fā)展，沉積具有更高性能的多層膜和納米膜的需求日漸增多。因此，磁控濺射技術(shù)值得進(jìn)一步的深入研究和發(fā)展，其應(yīng)用前景優(yōu)越。 fW= N  
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電弧離子鍍沉積技術(shù) %/dOV[/  
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離子鍍（ion plating, IP）是在真空蒸發(fā)鍍的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，它將各種氣體放電方式引入氣相沉積領(lǐng)域，使得整個氣相沉積過程都在等離子體中進(jìn)行。其中，電弧離子鍍（arc ion plating, AIP）屬于冷場致弧光放電范疇，是一種沒有固定熔池的固態(tài)蒸發(fā)源，多采用圓形陰極電弧源作為蒸發(fā)源。 K6{wM  
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AIP的優(yōu)點在于：（1）金屬離化率高，高達(dá)60%～90%；（2）電弧離子鍍的沉積速率高；（3）沉積涂層的膜基結(jié)合力好；（4）容易獲得氮化鈦等化合物涂層，在200℃以下可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。 ]p|?S[!=  
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AIP的不足之處是：（1）膜層中粗大熔滴的存在增大了表面粗糙度，增加了光線的漫反射，因而降低了飾品的表面亮度；（2）粗大熔滴在切削時容易剝落，造成涂層表面的缺陷。 NuOA'e+i  
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電弧離子鍍制備涂層的種類非常多，涉及領(lǐng)域也極為廣泛，可用于硬質(zhì)防護(hù)涂層的沉積，涂層涵蓋了各種金屬氧化物、碳化物、氮化物和某些金屬及合金材料。其也可用于多層結(jié)構(gòu)涂層和納米多層結(jié)構(gòu)涂層的制備，具有電弧離子鍍操作簡單、鍍膜室空間利用率大、生產(chǎn)效率高的特點，近年來已經(jīng)發(fā)展成為沉積硬質(zhì)涂層的重要技術(shù)，在國內(nèi)外都得到了迅猛發(fā)展。 Jp jHbG  
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近年來一種新的涂層制備系統(tǒng)采用了復(fù)合涂層技術(shù)，其結(jié)合電弧離子鍍和磁控濺射沉積兩種技術(shù)，系統(tǒng)配置有幾個電弧和磁控濺射陰極，電弧層可作為過渡層或為整個涂層提供必需的耐磨性，與此同時，磁控濺射層則提供高溫和化學(xué)穩(wěn)定性。這一復(fù)合涂層技術(shù)的優(yōu)點是沉積過程易于控制、穩(wěn)定性好、重復(fù)性佳，其沉積速度（≧0.5μm/h）足以滿足工業(yè)化生產(chǎn)中對節(jié)省處理時間的實際要求。 NQD5=/o  
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高溫化學(xué)氣相沉積技術(shù) <F^9ML+'  
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高溫化學(xué)氣相沉積涂層（high temperature chemical vapor deposition，HTCVD，一般簡稱為CVD）技術(shù)是指在一定溫度條件下，涂層材料的混合氣體在硬質(zhì)合金表面相互作用，使混合氣體中的一些成份分解，并在刀具表面形成金屬或化合物的硬質(zhì)涂層。