專項素描

Ti-Al-X-N新型塗層技術(shù)是利用(yòng)氣相(xiàng)沉積方法在高(gāo)強度工(gōng)具基體表面塗覆幾微米高(gāo)硬度、高(gāo)耐磨性難熔Ti-Al-X-N塗層，從而達到(dào)減少(shǎo)刀(dāo)具磨損，延長壽命，提高(gāo)切削速度的(de)目的(de)。它是高(gāo)檔數控機床與基礎制(zhì)造裝備國家重大(dà)專項課題取得的(de)重要成果。

重大(dà)突破

這一技術(shù)打破了國外企業(yè)在高(gāo)端刀(dāo)具塗層技術(shù)領域的(de)壟斷，提高(gāo)了高(gāo)檔塗層刀(dāo)具的(de)國産化率，爲汽車(chē)、航空等重點用(yòng)戶提高(gāo)生産效率、降低生産成本打下了堅實基礎。

應用(yòng)前景

株洲鑽石刀(dāo)具在關鍵的(de)塗層技術(shù)上(shàng)取得突破，使汽車(chē)發動機缸體某關鍵部件(jiàn)加工(gōng)的(de)刀(dāo)具成本降低了30%，将其典型用(yòng)戶——奇瑞汽車(chē)的(de)發動機加工(gōng)刀(dāo)具國産化率從20%提升至47%，在替代進口，滿足重點行(xíng)業(yè)急需方面具有(yǒu)重大(dà)意義。

中國作爲制(zhì)造大(dà)國已是不争的(de)事實。但(dàn)我國在數控切削刀(dāo)具技術(shù)方面與國外相(xiàng)比仍存在差距，突出表現在先進塗層制(zhì)造和(hé)塗層技術(shù)的(de)基礎研究方面。Ti-Al-X-N新型塗層技術(shù)的(de)成功應用(yòng)，一舉打破了國外強勢企業(yè)在高(gāo)端刀(dāo)具領域的(de)壟斷，爲提高(gāo)刀(dāo)具的(de)國産化率打下了堅實基礎，爲更好地(dì)滿足重點行(xíng)業(yè)需求創造了條件(jiàn)，具有(yǒu)重大(dà)的(de)經濟和(hé)社會(huì)效益。

承載刀(dāo)具核心技術(shù)

機床被稱作“制(zhì)造機器(qì)的(de)機器(qì)”。如(rú)果說高(gāo)檔數控機床是現代工(gōng)業(yè)文(wén)明(míng)的(de)藝術(shù)品，那麽高(gāo)端硬質合金(jīn)精密刀(dāo)具便是藝術(shù)品上(shàng)的(de)鑽石，而鑽石閃耀的(de)光(guāng)芒源自于刀(dāo)具表面幾微米厚的(de)精密塗層。

據了解，塗層刀(dāo)具具有(yǒu)表面硬度高(gāo)、耐磨性好、化學性能(néng)穩定、耐熱(rè)耐氧化、摩擦系數小(xiǎo)和(hé)熱(rè)導率低等特性。原因是塗層材料作爲化學屏障和(hé)熱(rè)屏障，減少(shǎo)了刀(dāo)具與工(gōng)件(jiàn)間的(de)擴散和(hé)化學反應，從而減少(shǎo)了磨損，使得刀(dāo)具壽命提高(gāo)3～10倍以上(shàng)，切削速度提高(gāo)20%～100%。可(kě)以說，薄薄一層塗料承載著(zhe)刀(dāo)具的(de)核心技術(shù)。

目前塗層刀(dāo)具在切削刀(dāo)具中占的(de)比例已達到(dào)80%。由于國外企業(yè)在高(gāo)端刀(dāo)具領域占據壟斷地(dì)位，在我國數控機床專項中，刀(dāo)具及其核心塗層技術(shù)的(de)地(dì)位日益受到(dào)重視，對塗層技術(shù)的(de)突破被列入多項課題研究中。

趕超國際同類産品先進水(shuǐ)平

株洲鑽石公司自主研發Ti-Al-X-N新型塗層技術(shù)的(de)道路(lù)并非一帆風順。初期引進塗層生産線時，株鑽隻能(néng)生産普通的(de)Ti-N和(hé)Ti-Al-N塗層。通過消化吸收，科研工(gōng)作者開(kāi)發出具有(yǒu)納米結構的(de)Ti-Al-N塗層，比普通Ti-Al-N塗層性能(néng)有(yǒu)一定的(de)提高(gāo)，但(dàn)仍舊不能(néng)滿足刀(dāo)具行(xíng)業(yè)發展的(de)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(néng)力平台建設爲契機，開(kāi)展新型高(gāo)性能(néng)塗層的(de)集中攻關工(gōng)作。

經過大(dà)量的(de)實驗，課題組選擇了最優的(de)Ti-Al-X-N塗層，其抗氧化性能(néng)和(hé)硬度都(dōu)較Ti-Al-N塗層高(gāo)，但(dàn)其切削性能(néng)和(hé)Ti-Al-N相(xiàng)比并無顯著(zhe)提升。爲了搞清楚塗層性能(néng)爲何達不到(dào)預期效果，研發團隊首先将新塗層從基體上(shàng)剝離(lí)下來研磨成粉末進行(xíng)差示掃描量熱(rè)儀分(fēn)析，分(fēn)析塗層在高(gāo)溫下的(de)相(xiàng)結構演變、調幅分(fēn)解過程。通過不懈努力，課題組制(zhì)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9項專利且全部爲發明(míng)專利。PVD塗層産品硬度高(gāo)于40GPa，達到(dào)超硬效應。在1100℃下空氣氣氛中氧化10小(xiǎo)時後，塗層仍未完全氧化。在1100℃回火(huǒ)後，塗層的(de)硬度仍能(néng)維持40GPa以上(shàng)，與基體的(de)結合強度超過90N。同期自主開(kāi)發的(de)CVD塗層α-Al2O3厚度達10微米，塗層結合力超過80N，加工(gōng)鑄鐵(tiě)切削速度可(kě)達500米。産品經用(yòng)戶使用(yòng)對比，在模具加工(gōng)行(xíng)業(yè)已達到(dào)或超過了國際同類産品先進水(shuǐ)平。