Cr2N/CrN 多层涂层木材加工刀具
关键词︰耐磨涂层磨损 加工表面 粗糙度
摘要：本文描述了来自最近的研究项目的结果，其旨在用于木材加工的刀具上形成基于铬的耐磨涂层。测试了使用阴极电弧蒸发沉积在HS6-5-2钢基体上的Cr2N/CrN多层涂层。这些涂层由7个双层形成。 340nm厚且同样厚的Cr2N和CrN层。为了比较，还制备了Cr2N和CrN单层涂层。用压痕和划痕试验进行硬度测量，摩擦和磨损以表征机械性能。磨损轨迹和Rockwell凹痕能够评估涂层的磨损机理。研究的Cr2N/CrN涂层的结果显示高硬度：约22GPa，临界力高于95N和低磨损率。
使用Cr2N/CrN多层涂层刨刀的工业试验在主轴铣床上进行，以确定具有耐磨涂层木工刀具的耐久性。 这些刀具显示“使用寿命”提高了两倍。 使用这种刀具的另一个优点是与未涂层刀具相比提高了木材表面加工的质量。
- 介绍
木材和木质复合材料的加工需要应用到高质量的刀具。这是由于所加工材料的特定性质决定的，例如以下：结构的各向异性和材料在不同方向（沿着相对于纤维的横向或纵向）的切割，大尺寸（特别是在初始加工中），结构的突然局部变化和被加工材料的内应力，硬和脆性颗粒以及横截面中的可变密度，例如在层压板中。
目前，在木材加工工业中使用来自低合金钢（碳素工具钢、合金工具钢），高速钢（HSS），金刚石，具有烧结碳化物插入物的刀具和具有多晶金刚石（PCD）插入物的刀具。在其他工业中被认为是古老的刀具材料仍然用于木材加工，并且难以更换。这对于刀具钢仍然广泛地用于木材加工工业中，尤其在加工硬和超硬材料的使用上。因此，在木材和木质复合材料的加工中观察到对改变刀具的工作表面的那些技术的日益增长的兴趣。真空和等离子体技术（PVD）构成了改进刀具表面的基本方法之一。在合金钢制成的刀具工作表面，涂覆具有主要是钛（Ti），铬（Cr）和铝（Al）薄凃层烧结的碳化物，氧化物和氮化物。关于这个问题的现有技术的分析表明，基于氮化铬的多层涂层提供了很多潜力。这些涂层的特点是具有高耐腐蚀和抗氧化性，低导热系数和良好的耐磨性。关于涂层性能的实验室试验结果，包括单层和多层CrN，例如Cr2N/ CrN，在出版物中讨论。它们涵盖了微观结构，化学和相组成，摩擦系数或涂层对基材的粘附性的测量。同时，关于Cr2N / CrN涂层刀具磨损的工业试验数据也很少。
在本文中测试HS 6-5-2钢样品覆盖有Cr2N/CrN多层涂层的结果。2.6mu;m厚的涂层由两层Cr2N和CrN在模块中重复7次。广泛的实验室测试与工业测试结合使用来检测刀具磨损。
2 实验
2.1 材料
将耐磨涂层沉积在32mm直径和3mm厚的HS 6-5-2钢基材上，具有化学组成（重量％）：C-0.87，W-6.4，Mo-5.0，V-1.9，Cr-4.2和Fe平衡。 基底在1210℃下硬化，在油中淬火并在560％回火。在沉积之前，将每个基板机械抛光至粗糙度Ra=0.02mu;m，Rz=0.12mu;m。
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