金屬切削行業(yè)的特點表現(xiàn)為技術(shù)的迅速進步。市場上最重要的趨勢為：
（1）為了提高生產(chǎn)率，采用更高的切削速度。
（2）為了降低成本和環(huán)保要求，采用干式加工和/或最小量潤滑(MQL)加工。
（3）為了使零件和結(jié)構(gòu)更輕，采用難加工材料，如高強度材料等。
所有這些趨勢對刀具涂層的耐磨性、抗塑性變形能力和韌性提出更高的要求。
由于具有很高化學(xué)穩(wěn)定性和有利的熱特性，Al2O3是用于金屬高速切削的理想刀具涂層材料。值得強調(diào)的是：CVD目前仍然是唯一能經(jīng)濟地生產(chǎn)高質(zhì)量Al2O3涂層的技術(shù)。
即使在涂層耐磨性領(lǐng)域的大多數(shù)出版文獻(xiàn)都在研究PVD，但是，認(rèn)識到CVD技術(shù)(尤其是CVD Al2O3技術(shù))在過去幾年里已取得的重大進展是非常重要的。目前有三種Al2O3相（a-Al2O3，k-Al2O3和g-Al2O3）能以受控方式進行CVD沉積。
a-Al2O3是唯一穩(wěn)定的Al2O3相，隨著沉積過程中的熱處理、沉積后的熱處理以及金屬切削過程中產(chǎn)生的熱，亞穩(wěn)定的k相和g相將轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定相。
令人驚訝的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的a-Al2O3 比亞穩(wěn)定的k-Al2O3更難進行工業(yè)規(guī)模的CVD沉積。其理由之一是：k-Al2O3的晶核形成在具有fcc結(jié)構(gòu)的TiC、Ti(C,N)或TiN層未氧化的表面上順利地發(fā)生。當(dāng)成核的k-Al2O3相對穩(wěn)定時，能夠生長到相當(dāng)大的厚度(>10µm)。因此，如果成核表面是TiC、Ti(C,N)或TiN(考慮硬質(zhì)合金時的典型情形)，使用CVD進行成核和生長a-Al2O3是不簡單的。這在某種程度上解釋了k-Al2O3作為一種涂層材料的普遍性，而且如今仍然有很多商業(yè)化的CVD Al2O3涂層由k-Al2O3組成。
具有完全成核控制的沉積a-Al2O3和k-Al2O3涂層的最新技術(shù)水平僅僅是在最近達(dá)到了工業(yè)規(guī)模。氧化鋁相通過Al2O3自身沉積之前的成核措施進行控制，而且所有的個體Al2O3層(k-Al2O3和a-Al2O3)使用相同的工藝參數(shù)進行沉積。這種技術(shù)使得CVD Al2O3涂層的相含量被完全控制。
如上所述，k-Al2O3是亞穩(wěn)定的，而且可能在沉積過程以及切削過程(尤其在切削速度高時)中轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的a-Al2O3相。相的轉(zhuǎn)變碰到的體積收縮將降低并最終破壞k-Al2O3層的粘結(jié)力。因此，就沉積和耐磨性(尤其在切削速度高時)而言，a-Al2O3相應(yīng)該是最佳和最安全的選擇。細(xì)顆粒和無缺陷的a-Al2O3可顯著提高耐磨性。
對于車削應(yīng)用，評估了有紋理的涂層的耐磨性。在預(yù)先確定Al2O3層的相含量和生長紋理方面，晶核形成表面的化學(xué)性質(zhì)是一種重要的因素。最優(yōu)化的成核作用使得磨損性能顯著提高，而且這些種類的a-Al2O3層通常由相對較小的、表現(xiàn)為無孔隙度的無缺陷顆粒組成。[1 0 1 4]結(jié)構(gòu)的a-Al2O3 層表現(xiàn)出最佳的耐磨性。 |
