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CVD 氧化铝涂层技术的近期发展情况
2006年8月4日 9:6  

属切削行业的特点现为技术的迅速进步。市场上最重要的趋势为:

·更高的切削速度,为了提高生产率。
·干式加工和/或最小量润滑(MQL),为了降低成本和环保要求。
·难加工材料,如高强度材料,为了零件和结构更轻。

所有这些趋势对耐磨性、抗塑性变形能力和韧性提出更多的要求。

因为其化学稳定性高和有利的热特性,Al2O3是用于金属高速切削的理想涂层材料。值得强调的是:CVD仍然是唯一能经济地生产高质量Al2O3涂层的技术。

即使涂层耐磨性领域的大多数出版文献在研究PVD,认识到CVD技术(尤其是关于Al2O3的)在过去几年里已经取得重大进展是非常重要的。目前的三种Al2O3相a-Al2O3、k-Al2O3和g-Al2O3能以受控的方式进行CVD沉积。

a-Al2O3是唯一稳定的Al2O3相,而随着沉积过程中的热处理、沉积后的热处理以及金属切削过程中产生的热,亚稳定的kg相将转变成稳定相。令人惊讶的是,已经发现稳定的a-Al2O3 比亚稳定的k-Al2O3更难进行工业规模的CVD沉积。其理由之一是:k-Al2O3的晶核形成在具有fcc结构的TiC、Ti(C,N)或 TiN层未氧化的表面上顺利地发生。当成核的k-Al2O3相对稳定时,能够生长到相当大的厚度(>10µm)。因此,如果成核表面是TiC、Ti(C,N)或 TiN(考虑硬质合金时的典型情形),使用CVD进行成核和生长a-Al2O3是不简单的。这在某种程度上解释了k-Al2O3作为一种涂层材料的普遍性,而且如今仍然有很多商业化的CVD Al2O3涂层由k-Al2O3组成。

具有完全成核控制的沉积a-Al2O3和k-Al2O3镀层的最新技术水平仅仅是在最近达到了工业规模。氧化铝相通过Al2O3自身沉积之前的成核措施进行控制,而且所有的个体Al2O3层(k-Al2O3和a-Al2O3)使用相同的工艺参数进行沉积。这种技术使得CVD Al2O3层的相含量被完全地控制。

如上所述,k-Al2O3是亚稳定的,而且可能在沉积过程以及切削过程(尤其在切削速度高时)中转变成稳定的a-Al2O3相。图1显示相的转变碰到的体积收缩将降低并最终破坏k-Al2O3层的粘结力。因此,就沉积和耐磨性(尤其在切削速度高时)而言, a-Al2O3相应该是最佳和最安全的选择。细颗粒和无缺陷的a-Al2O3显著提高耐磨性。

对于车削应用,评估了有纹理的涂层的耐磨性。在预先确定Al2O3层的相含量和生长纹理方面,晶核形成表面的化学性质看来是一种重要的因素。最优化的成核作用使得磨损性能显著提高,而且这些种类的a-Al2O3层通常由相对较小的、表现为无孔隙度的无缺陷颗粒组成。<1 0 1 4>结构的a-Al2O3 层表现出最佳的耐磨性。

 
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