CBN涂层用作刀具涂层必须解决问题的分析

慧聪表面处理网：介绍了CBN的性能和制备cBN涂层的方法（等离子体增强脉冲激光沉积法和热丝辅助射频等离子体CVD法）；简述了cBN涂层的研究现状及其发展前景；通过等离子体增强脉冲激光沉积法制备cBN涂层的试验结果，认为增强cBN涂层与刀具基体的结合力是将cBN涂层用作刀具涂层必须解决的问题。

随着现代切削技术的发展，金属切除率不断提高。1900年，用碳素工具钢刀具车削标准钢棒（500mm×100mm）需用时约100分钟，20世纪50年代采用硬质合金刀具后，加工时间缩短为几分钟。1969年开始采用涂层硬质合金刀具，最初用涂层刀片切削标准钢棒需用时1.5min，而采用GC1025和GC015涂层刀片使加工时间进一步缩短到1.25min和1min。通过对加工过程进行分析可知，要提高切削速度、降低切削成本，在所有加工因素中最经济的办法就是应用新型刀具材料。

刀具表面涂层是提高刀具寿命、降低切削成本的有效手段。刀具涂层不仅可以提高刀具的表面硬度，增强其耐磨性，而且可以减小刀具表面摩擦系数，增加润滑能力，提高切削速度，减少换刀次数，提高被加工零件的精度和表面质量，从而提高生产效率。目前，在工业发达国家，涂层刀具已占所用全部刀具的80%以上，而我国这一比例尚不及20%，因此推广涂层刀具的应用、开发新的涂层刀具材料具有重大意义。

1.CBN的性能特点

CBN（CubicBoronNitride,立方氮化硼）是继人工合成金刚石之后出现的另一种超硬无机材料，它除了具有许多与金刚石类似的优异物理、化学特性，如超高硬度（仅次于金刚石）、高耐磨性、低摩擦系数、低热膨胀系数等，同时还具有一些优于金刚石的特性（cBN与金刚石的性能对比见表1）。与金刚石不适合加工钢铁材料不同，cBN对铁族金属具有极为稳定的化学性能，因此可广泛用于钢铁制品的精密加工、研磨等。cBN除具有优良的耐磨损性能外，其耐热性也极为优良，在相当高的切削温度下也能切削耐热钢、淬火钢、钛合金等，并能切削高硬度的冷硬轧辊、渗碳淬火材料以及对刀具磨损非常严重的SiAl合金等难加工材料。

CBN与金刚石的性能对比

性能――CBN――金刚石

晶体结构――闪锌矿――金刚石

晶格常数（A°）――3.615――3.567

密度（g·cm-3）――3.48――3.515

显微硬度（MPa）――46042～84337――>88260

弹性模量（GPa）――700――1000

热膨胀系数（×10的-6次方/℃）――4.7――3.1

化学稳定性――与Fe系金属不反应，大气中至1000℃不氧化――与Fe系金属反应，大气中600℃以上氧化

热稳定性――真空中，温度至1550℃才发生从cBN至hBN的相变――真空中，温度超过1300℃，金刚石开始向石墨转变

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