Su Kien 2016

Kỹ thuật phủ CVD trong việc nâng cao năng suất cắt kim loại

Thứ sáu - 22/09/2017 02:49
Năng suất cao hơn và tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt đã và đang được ứng dụng nhiều trong ngành sản xuất dụng cụ công nghiệp. Công nghệ phun phủ đang là đề tài được nghiên cứu và phát triển, nhất là khi gia công các loại vật liệu mới.
       Vào cuối chiến tranh thế giới thứ 2 kỹ thuật phun phủ đã xuất hiện và các nhà nghiên cứu đã nhìn thấy được những thuận lợi trong việc phủ lên các sản phẩm của mình. Nhưng nó chỉ phát triển mạnh từ những năm 60 của thế kỷ trước. Đến giữa những năm 70, những đột phá về công nghệ phủ các sản phẩm gốm trong lĩnh vực công cụ bằng kỹ thuật lắng đọng pha hơi hóa học (CVD = Chemical Vapor Deposition) TiN, TiCN, TiAlN và Al2O3 được ứng dụng rộng rãi cùng với kỹ thuật phủ nhiều lớp và lắng đọng pha hơi vật lý (PVD), điều này làm cho hầu hết các insert (mảnh hợp kim không mài lại) không phủ trở nên lỗi thời. Ngày nay, hơn 90 % các insert đều được phủ. Sự lựa chọn vật liệu và hợp chất thích hợp để phủ các dụng cụ cắt có tính năng cao bị hạn chế. Những yêu cầu cơ bản mà các lớp phủ phải đáp ứng:
  • Độ cứng cao ở nhiệt độ cao
  • Chịu mài mòn
  • Độ dẫn nhiệt thấp
  • Khả năng chống chịu tán xạ và oxy hóa cao                                                        
  • Xu hướng bám dính thấp
a
    Hình 1. Tiện ren bằng dao gắn mảnh hợp kim
b
Hình 2. Cấu trúc vi mô của lớp phủ TiCN (hạt mịn) trên lớp nền
được biết đến như là dạng hình học của các tinh thể hay định hướng ưu tiên.3 O2. Tuy nhiên, ngoài khả năng bám dính lớp phủ này còn có những vai trò quan trọng khác. Nó là nguyên nhân gây ra sự biến đổi và cấu tạo bề mặt của lớp Al3O2đối với TiCN là rất cần thiết. Độ bám dính này đạt được là do lớp phủ liên kết ăn khớp về mặt cơ học với Al3 O2là: α, h và g được sử dụng trong quá trình phun phủ. Những pha này biến đổi theo thuộc tính và ứng dụng. Sử dụng phổ biến trong kỹ thuật CVD là pha α-Al3 O2Độ bám dính của lớp phủ dựa trên 3 pha khác nhau của Al
chất lượng cao một cách kinh tế nhất. Tuy nhiên, nhôm oxit chỉ có thể phát huy thế mạnh khi liên kết với TiCN. Vì vậy cần thiết phải bảo vệ để chống sự mòn mặt mép. Việc bảo vệ dụng cụ phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc vi mô của TiCN. Khả năng chống mài mòn còn có thể được cải thiện rõ rệt nếu sử dụng một quy trình kiểm soát để tạo ra cấu trúc hình trụ đặc thù của TiCN với những hạt rất mịn.Nhôm oxit là một chất dẫn nhiệt kém, điều này có nghĩa là các chất nền cacbua được bảo vệ khỏi gia tăng nhiệt độ tốt hơn trong suốt quá trình gia công. Yếu tố này mang tính quyết định cho cả cắt tinh và cắt thô. Trong quá trình cắt tinh, khả năng chống biến dạng dẻo tăng, trong quá trình cắt thô các dao động nhiệt độ cao trong chất nền giảm. Kết quả là độ tin cậy của quá trình tăng lên.3 O2C. Nhôm  oxit không chỉ đạt được độ cứng cao nhất khi nhiệt độ cao và còn có độ ổn định hóa học rất tốt. Ngoài ra, cần nhấn mạnh rằng CVD là kỹ thuật duy nhất có thể tạo nên lớp phủ Al0C và 900 – 1200 HV ở 8000 được xác định là vật liệu cắt lý tưởng cho nhiều ứng dụng gia công cơ khí. Lý do để giải thích cho trường hợp này là vật liệu có độ cứng 2600 HV ở 203O2Từ các yêu cầu trên thì chỉ có một vài vật liệu như cacbua, borit, nitric, oxit hay các hỗn hợp của chúng có thể được sử dụng. Al
c
Hình 3. Kết cấu mặt tinh thể ảnh hưởng đến tính chống mòn
Để tạo ra α-Al2O3 nguyên chất, phải có một cấu trúc tinh thể đồng hình đóng vai trò như chất nền. Cụ thể hơn, điều này có nghĩa là lớp phủ liên kết phải có cấu trúc tương tự với α-Al2O3. Thông thường, oxit titan được dùng như lớp liên kết trong CVD. Tuy nhiên, với kỹ thuật ngày nay lớp phủ liên kết dựa vào một pha hỗn hợp gồm TiCN và Al2TiO5 được sử dụng. Kết quả của pha hỗn hợp này là sự hình thành α-Al2Onguyên chất và sau đó là kết cấu 001. Với định hướng mặt 001 trong mạng tinh thể thì độ dẫn nhiệt và độ cứng đạt được giá trị tối ưu. Chỉ riêng với đặc điểm này, có thể đạt được 30% lợi thế về tuổi thọ lưỡi dao trong các ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như trong quá trình tiện thép với tốc độ cắt cao. Những lớp phủ oxit nhôm thông thường có độ cứng khoảng 27,5 Gpa. Lớp phủ từ công nghệ nguyên tử bền (duratomic) có độ cứng khoảng 30,5 Gpa, tăng khoảng 10 – 15%. Độ cứng tăng đồng nghĩa với độ chống mài mòn tăng và vì thế tuổi thọ dụng cụ tăng. Lớp phủ cũng giảm nhiệt độ xuống thấp hơn – trung bình từ 915°C xuống còn 880°C làm tăng độ chống mòn lõm một cách đáng kể. Lớp phủ này có màu đen do oxit nhôm kết hợp với Ti(C, N) ở phía dưới. Lớp Ti(C, N) rất cứng và chống mài mòn cao, phía dưới những lớp phủ này là một chất nền mới được tạo ra để bổ xung cho lớp phủ. Phần lớn các chất nền có những vùng giàu coban, vùng giàu coban này cung cấp độ bền tương tự với bề mặt phía dưới lớp phủ, nhờ vậy làm tăng khả năng chống nứt gãy và cho phép insert “uốn” được
 
e
Hình 4. Cấu tạo phủ đa lớp trên insert
      Cùng với tất cả các ưu điểm đã nêu, quy trình CVD cũng có hàng loạt các nhược điểm. Sự tập trung nhiệt độ cao (800°C - 1050°C) làm mất độ bền của chất nền cácbua và tạo ra ứng suất kéo dư trên lớp phủ gây nên tác động tiêu cực lên khả năng chống nứt của vật liệu dao. Một số quy trình được phát triển để có thể khắc phục được nhược điểm này như quy trình này loại bỏ ma sát âm TiN từ mặt trước bằng phương pháp nổ. Do TiN còn sót lại ở mặt sau, việc phát hiện ra mài mòn vẫn được duy trì. Một lợi ích quan trọng hơn nữa cũng đạt được nhờ vào quy trình này. Bằng ứng dụng cơ năng, ứng suất kéo dư âm trên lớp phủ được chuyển thành ứng suất nén dư, và độ cứng của bề mặt lớp phủ cũng được tăng lên. Kết quả đạt được là sự gia tăng đáng kể về độ bền và độ cứng bề mặt. ngoài ra còn nhiều qui trình khác như tinh chỉnh hóa học trong lò tráng phủ, kiểm soát kết cấu từng lớp phủ riêng lẻ, mài phía trên và dưới insert được phủ và đánh bóng các cạnh của insert để loại bỏ những khiếm khuyết trên lớp phủ cải thiện độ mịn của lớp phủ, trạng thái ứng suất dư và giảm chiều hướng kéo phoi.

Tác giả bài viết: Nguyễn Nhung

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá

Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây