张哲轩,杨忠仪,夏荣华,李新陈,彭 浩

(1.南京工业大学 机械与动力工程学院,江苏 南京 211800;2.南京工业大学 材料科学与工程学院,江苏 南京 211800)

铝合金作为轻型加工材料,具有密度小、比强度高、弹性好、耐腐蚀和抗冲击性能良好的优点,被广泛应用于铝合金结构件、铝合金散热件等。目前,铝合金加工所用刀具基材基本以高速钢、钨钢等硬质合金为主要材料[1-3],这类硬质合金刀具在铣削铝合金时容易因切屑而产生粘刀等现象[4],不仅使刀刃钝化,而且切屑堆积也增大了切削时的阻力,导致刀具容易从刀刃根部产生断裂。铣刀的涂层工艺是目前解决加工时粘刀、提高铣刀的强度和刚度、提高使用寿命的一种常用技术。

铣刀涂层材料有着较长的发展历史,主要包括氮铝钛(TiAlN)涂层[5-7]、类金刚石(DLC)涂层[8-9]、类石墨(GLC)涂层[10]等材料。TiAlN涂层是一种应用较为广泛的铣刀涂层,具有良好的硬度,加工过程中能够有效减小摩擦,提高刀具使用寿命。类金刚石涂层相比TiAlN涂层也具有较高的强度和刚度,其内部结构为C—C共价键连接方式,C—C键长为0.154 nm,键角为107°28′,键能为347.5 kJ/mol,C原子通过sp3杂化键与其他碳原子连接形成正四面体结构[11-12],但是TiAlN涂层与DLC涂层存在较大内应力(0.4～0.7 GPa),导致与基体的结合力低,易产生涂层剥落与失效的情况[13-14]。GLC涂层是一种具有高硬度、低摩擦因数、低磨损率等优点的材料,其内部具有sp3杂化键的含量较小,sp2杂化键的含量高的特点[15-16],使类石墨涂层既保留了硬度和刚度较高、摩擦因数小、磨损率低的特点,又因为涂层的内应力小,易在基体上形成致密的涂层,具有结合力高、电阻率小的优良性能[17-18]。……