张 晶 鲁学柱 邹 倩

（济南职业学院机械系，山东济南 250103）

自上世纪80年代初TiN涂层商业化以来，应用各种物理气相沉积（PVD）技术制备的刀具涂层在很大程度上改善了高速钢和硬质合金刀具性能，使之具有高耐磨性、高强度、高硬度和小摩擦系数，TiN、TiCN和TiAlN等Ti化合物成为刀具涂层的事实上的工业标准。TiAlN涂层中的Al元素与空气中的O反应生成Al2O3层［1］，起到热障作用，阻止更多的切削热导入刀具，从而延长刀具寿命。TiAlN涂层刀具拥有比TiN、TiCN涂层刀具更佳的力学性能和高温氧化性能，被应用于高合金钢、不锈钢乃至钛合金和镍基高温合金的切削加工。然而高速切削钛合金和镍基合金等难加工材料时，切削温度高达1 000℃以上［2］，远高于TiAlN涂层刀具的氧化温度（热稳定温度800℃），此时Ti元素易形成多孔非保护性的沉积物［3］，热硬度明显下降，刀具因急剧磨损而失效;且TiAlN涂层是含Ti涂层，在高速切削高温高压作用下，易与Ti合金工件发生粘结和扩散磨损。

1 CrAlN涂层刀具研究状况

与Ti基涂层相比较，Cr基涂层的氧化性能、耐腐蚀性能和抗粘结性能、韧性都很优越，在金属成形、塑料注模和高速切削等领域得到了广泛应用［4］。特别是CrAlN涂层刀具，其显微硬度、氧化温度分别高达3 200 HV和1 100℃远高于TiAlN涂层刀具的3 000 HV和800℃，而CrAlN涂层的导热系数和摩擦系数均小于TiAlN。如表1所示（数据来源于Balzers涂层有限公司）。通过PVD方法进行CrAlN涂层时，Cr-Al-N涂层体系可以容纳更多的Al（高达75%）并保持稳定的立方晶格结构，而Ti-Al-N体系只能容纳65%的 Al［5］。高速切削时，CrAlN 涂层刀具中的 Cr、Al元素与空气中的O反应形成Al2O3和Cr2O3氧化膜［6］，起到抑制氧化、耐磨及隔热作用，使更多的热量通过切屑带走，降低了刀具体温度。……