Materiales de revestimiento para herramientas: ¿Qué material de revestimiento es mejor?
El revestimiento de diamante es uno de los nuevos materiales de revestimiento de herramientas. Utiliza tecnología de deposición química de vapor a baja presión para hacer crecer una película de diamante policristalino sobre un sustrato de carburo cementado y la utiliza para procesar metales no ferrosos como aleaciones de silicio, aluminio y aleaciones de cobre, así como materiales de ingeniería como fibra de vidrio y cemento. carburo. La vida útil de la herramienta es de 50 a 100 veces mayor que la de las herramientas de carburo comunes. Hay muchas tecnologías de síntesis de diamantes utilizadas en los recubrimientos de diamante, las más comunes son el método de alambre caliente, el método de plasma por microondas y el método de pulverización de plasma de CC. Al mejorar los métodos de recubrimiento y mejorar la adherencia del recubrimiento, se han producido y aplicado en la industria herramientas recubiertas de diamante.
En los últimos años, Estados Unidos, Japón, Suecia y otros países han introducido sucesivamente machos de roscar, escariadores, fresas, brocas de carburo recubiertas de diamante y diversas herramientas rotativas para procesar placas de circuito impreso. Hojas de broca, como la CD1810 de Sandvik Company de Suecia y la KCD25 de Kennametal Company de Estados Unidos. El nuevo proceso de deposición de diamantes con plasma láser desarrollado por Turchan Company en los Estados Unidos utiliza este método para depositar diamantes. Dado que el campo de plasma rodea toda la herramienta, el recubrimiento de la herramienta es uniforme y la velocidad de deposición es 1000 veces más rápida que la convencional. Método CVD. El recubrimiento de diamante formado por este método tiene una verdadera unión metalúrgica con el sustrato. El recubrimiento tiene alta resistencia y puede evitar que el recubrimiento se caiga, se agriete y se agriete. CemeCon tiene una tecnología única de recubrimiento de diamante CVD. En el año 2000 se estableció una línea de producción que lleva la tecnología de recubrimiento de diamante al nivel de producción industrial. Tiene un alto contenido técnico y puede producir recubrimientos de diamante en lotes.
El recubrimiento tipo diamante tiene ventajas evidentes a la hora de procesar determinados materiales (aluminio, titanio y sus compuestos). La microestructura de los recubrimientos de carbono tipo diamante depositados con vapor a baja presión sigue siendo muy diferente en comparación con el diamante natural. En la década de 1990, el DLC se depositaba mediante deposición de vapor a baja presión en presencia de hidrógeno activo, que contenía grandes cantidades de hidrógeno en el recubrimiento. El exceso de hidrógeno reducirá la adherencia y la dureza del recubrimiento y aumentará la tensión interna. El hidrógeno del DLC se libera lentamente a temperaturas más altas, lo que hace que el recubrimiento funcione de manera errática. La dureza del DLC sin hidrógeno es mayor que la del DLC que contiene hidrógeno y tiene las ventajas de una estructura uniforme, una gran área de deposición, un bajo costo y una superficie lisa. Se ha convertido en un tema candente en la investigación de recubrimientos de DLC en los últimos años. . El científico estadounidense A.A. Voevodin propuso que el diseño estructural para depositar recubrimientos DLC superduros es un recubrimiento de transición de gradiente Ti-TiC-DLC. La dureza del recubrimiento DLC superduro aumenta gradualmente desde el sustrato de acero dulce hasta la superficie. Este recubrimiento compuesto no sólo mantiene una alta dureza y un bajo coeficiente de fricción, sino que también reduce la fragilidad y mejora la capacidad de carga, la adhesión y la resistencia al desgaste. Sumitomo Corporation de Japón ha lanzado el recubrimiento DLC DL1000 con revestimiento de diamante para hojas de carburo, que se utiliza para cortar aleaciones de aluminio y metales no ferrosos para resistir la adhesión y reducir eficazmente la rugosidad de la superficie procesada.
Después de años de investigación, se ha demostrado que los recubrimientos similares al diamante sólo se pueden utilizar para procesar metales no ferrosos. Debido a su alta tensión interna, su pobre estabilidad térmica y su efecto catalítico con metales ferrosos, el La estructura de SP3 cambia a SP2, lo que limita su aplicación posterior en el procesamiento mecánico. Sin embargo, investigaciones recientes muestran que la dureza del recubrimiento de carbono tipo diamante (también conocido como recubrimiento tipo grafito) con estructura SP2 puede alcanzar 20 ~ 40 gpa, pero no existe ningún problema catalítico con los metales ferrosos. Tiene un coeficiente de fricción muy bajo y buena resistencia a la humedad. Se puede utilizar para cortar con refrigerante o corte en seco y su vida útil se duplica en comparación con las herramientas sin recubrimiento. Por lo tanto, puede procesar materiales de acero, lo que ha despertado un gran interés por parte de las empresas de recubrimiento y los fabricantes de herramientas. Con el tiempo, este nuevo recubrimiento de carbono similar al diamante se utilizará ampliamente en los campos de corte.
2. Recubrimiento de nitruro de boro cúbico (CBN)
El CBN es otro material superduro después del diamante artificial y tiene muchas propiedades físicas y químicas excelentes similares al diamante (como dureza ultraalta, solo superado por el diamante, alta resistencia al desgaste, bajo coeficiente de fricción y bajo coeficiente de expansión térmica, etc.), y también tiene algunas propiedades mejores que el diamante. El CBN es químicamente inerte al hierro, el acero y los ambientes oxidantes, y forma una fina capa de óxido de boro durante el proceso de oxidación, proporcionando estabilidad química al recubrimiento. Por lo tanto, el CBN tiene una excelente resistencia al calor al procesar hierro duro y hierro fundido gris, y también puede cortar acero resistente al calor, acero templado, aleaciones de titanio, etc. A una temperatura de corte muy alta, también puede cortar materiales difíciles de mecanizar, como laminados en frío de alta dureza, materiales cementados y templados, y aleaciones de silicio y aluminio con un desgaste importante de la herramienta.
Desde que Inagawa et al. prepararon con éxito recubrimientos de CBN puro en 1987, ha habido un auge internacional en la investigación de recubrimientos duros de CBN. CVD y PVD son los principales métodos para la síntesis en fase gaseosa a baja presión de recubrimientos de CBN. CVD incluye PCVD de transferencia química, PCVD de calentamiento asistido por cable caliente, ECR-CVD, etc. PVD incluye revestimiento por haz de iones reactivo, deposición de vapor reactiva, deposición de vapor por láser y deposición asistida por haz de iones. Los resultados muestran que se ha avanzado en la síntesis de la fase CBN, con buena combinación con la matriz de carburo cementado y dureza adecuada. En la actualidad, el tamaño máximo del nitruro de boro cúbico depositado sobre carburo cementado es de solo 0,2 ~ 0,5 μm. Para lograr la comercialización, se debe utilizar tecnología confiable para depositar un recubrimiento de CBN económico y de alta pureza con un espesor de 3 ~ 5 micrones. El efecto está probado en el corte de metales real.
Recubrimiento 3.CNx
En la década de 1980, los científicos estadounidenses Liu y Cohen diseñaron un nuevo compuesto β-C3N4 similar al β-Si3N4. Basándose en las teorías de la física del estado sólido y la química cuántica, se calcula que su dureza puede alcanzar la dureza del diamante, lo que ha llamado la atención de científicos de todo el mundo. La síntesis de nitruro de carbono se ha convertido en un tema candente en el campo de la ciencia de materiales en el mundo. FFujimoto de la Universidad de Okayama en Japón utilizó la evaporación por haz de electrones y la deposición asistida por haz de iones para obtener un recubrimiento de nitruro de carbono que alcanzó los 63,7 Gpa. La dureza del nitruro de carbono sintetizado por la Universidad de Wuhan alcanzó los 50 GPa respectivamente. y obtuvo muy buenos resultados de perforación. Los principales métodos para sintetizar nitruro de carbono incluyen flujo verdadero y pulverización catódica reactiva por radiofrecuencia, evaporación por láser y deposición asistida por haz de iones ECR-CVD, deposición por haz de iones dual, etc.