五年内发表的刀具涂层论文
在韧性较好的刀具（刀片）基体上进行表面涂层，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层（如 TiN、TiC等），使刀具（刀片）具有全面、良好的综合性能。未涂层高速钢的硬度仅为62~68HRC（760~960HV），硬质合金的硬度仅为 89~93.5HRA（1300~1850HV）；而涂层后的表面硬度可达2000~3000HV以上。①由于表面涂层材料具有很 高的硬度和耐磨性，且耐高温。故与未涂层的刀具（刀片）相比，涂层刀具允许采用较高的切削速度，从而提高了切削加工效率；或能在相同的切削速度下，提高刀 具寿命。②由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故涂层刀具（刀片）的切削力小于未涂层刀具（刀片）。③ 用涂层刀具（刀片）加工，零件的已加工表面质量较好。④由于涂层刀具（刀片）的综合性能良好，故涂层硬质合金刀片有较好的通用性， 一种涂层硬质合金牌号的刀片具有较宽的使用范围。 过去，硬质合金刀具表面涂层采用高温化学气相沉积（HTCVD）工艺。在常压或负压的沉积系统 中，将纯净的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等气体根据沉积物的成分，按一定配比均匀混和，依次涂到具备一定温度（一般为 1000~1050℃）的硬质合金刀片表面，即在刀片表面沉积TiC、TiN、TiCN、Al2O3或者它们的复合涂层。直到现在，HTCVD仍是使用最 多的工艺方法，除HTCVD外，还有等离子体化学气相沉积（PCVD）工艺，它是在硬质合金刀具（刀片）表面涂层的另一种方法，因这种涂层工艺温度较低 （700~800℃），故刀片的抗弯强度降低。因为TiC与基体材料的线膨胀系数最接近，通常用TiC薄层先涂在基体表面上，外面再涂TiN、 Al2O3，如TiC/TiN、TiC/Al2O3、TiC/TiCN/TiN等。后来，发展了各种不同组合的多层涂层。笔者在多次展览会上调查和统计了瑞典、德国、美国、日本、韩国、以色列和中国各公司的CVD涂层硬质合金刀片 产品，涂层材料有以下组合：TiCN/Al2O3、TiCN/TiC/TiN、TiCN/TiC/Al2O3、TiCN/Al2O3/TiN、TiCN /TiC/Al2O3/TiN、TiCN/Al2O3/TiCN、TiN,TiC/TiCN/TiN、TiN/TiCN/TiN等。可以看出，近年多用 TiCN或TiN作底层，这是因为基体硬质合金有了改进，例如采用了梯度结构，才有可能用TiCN或TiN垫底。此外，TiN涂层不宜单独使用，因为与硬 质合金相比，TiN的硬度提高不多，TiN必须与TiC、TiCN、Al2O3等组合使用。 早 期，PVD涂层均采用“真空蒸镀法”，膜层往往不均匀，与基体的结合不够牢固，后发展了“真空磁控溅射法”和“真空等离子镀工艺”，效果很好。现在刀具表 面涂层主要用后两种方法。早年，PVD涂层只用于高速钢刀具，涂层材料几乎只用TiN一种。后来，改进了涂层工艺，发展了多种涂层 材料和多层涂层，在硬质合金刀具上也得到了大量的应用。涂层效果比以往大有进步。TiN涂层材料仍在使用，新兴的涂层材料是TiAlN和AlTiN，其使 用效果优于TiN。欧洲的PVD涂层技术水平最高，领先于其他国家和地区。知名的厂商有德国赛利（CemeCon）涂层技术有限公司、欧瑞康巴尔查斯 （OerlkonBalzers）公司、德国PVT等离子真空技术公司和丹麦尤尼莫克（Unimerco）公司等。他们的PVD涂层设备和工艺先进，涂层 材料品种多，涂层刀具和其他产品使用性能好。国外一些知名的高速钢和硬质合金工具厂，都有涂层刀具（刀片）产品，但涂层设备和工艺多购自涂层技术的专业 公司，或与之合作，而不是自行研制。据悉，瑞典山特维克公司和以色列伊斯卡公司的PVD涂层设备都是从欧瑞康巴尔查斯公司购进的。中国也应当这样做，这是 一条既好又快的道路。例如，中国哈尔滨第一工具厂和德国PVT公司合作，成立了哈一工普威特镀膜合资股份公司。欧瑞康巴尔查斯公司在全球设有77个涂层中 心，在中国苏州、天津和汉江各设有一个中心，中国邻近城市和地区的工具厂家，其涂层产品多在上述中心进行涂层。湖南株洲硬质合金厂和四川自贡长城硬质合金 厂的涂层设备都是从国外引进的。 利 用“热丝CVD法”、“等离子体喷射CVD法”、“火焰燃烧法”等工艺能在硬质合金或高速钢刀具表面沉积金刚石薄膜（10μm）。CVD金刚石膜的力学、 物理性能介于天然金刚石和热压聚晶PCD金刚石之间，能够有效地加工有色金属。如增加沉积时间，可在基体或衬底（一般用硅片）上沉 积出厚度大于0.5mm的厚膜。将厚膜从基体上剥离，并切割成一定形状的小块，再将小块钎焊在基体刀片（一般为硬质合金刀具）上使用。CVD厚膜金刚石刀 具应用范围大于薄膜涂层刀具。在CIMT2007上，很多国内外刀具公司都有CVD薄膜金刚石涂层刀具产品，但只有少数厂家有厚膜产品。北京东方天地超硬 材料工具公司能生产金刚石厚膜刀具产品，并且已有多年的经验。厚膜刀具应用范围较广，能加工各种有色金属、非金属硬材料及颗粒增强的复合材料等。 武汉大学物理系用直流反应磁控溅射法在刀具表 面沉积出氮化碳（CxNy）超硬涂层薄膜，厚度只有几个微米，硬度可达40~50GPa。CxNy涂层刀具能切削黑色和有色金属。实 验数据笔者对涂层高速钢和硬质合金刀具（刀片）的切削性能进行了长期的研究，进行了很多科学实验。兹介绍部分实验数据如下：① 在相同的切削条件下，涂层刀具刀片的使用寿命比未涂层刀具（刀片）提高3~5倍。在相同的切削条件下，相同刀具寿命时，涂层刀具的切削速度比未涂层刀具提 高20~30%。②在相同的切削条件下，涂层刀具（刀片）的切削力小于未涂层者。笔者用涂覆TiC硬质合金刀片车削钢材与未涂层刀 片对比，主切削力Fc可减小3%~4%，TiN或TiC/TiN涂层刀片的Fc约可减小6%，进给力Ff与切深力Fp的减小尤为显著。Al2O3涂层刀片 与切削力的减小效果与TiN涂层刀片接近。③笔者曾用CVD涂层金刚石厚膜刀具，加工过硅铝合金、各种硬铝、铅黄铜、无氧铜、碘化 钛以及纤维增强和颗粒增强的复合材料等，均取得较好效果。但用作超精密切削的刀具，其效果不如天然金刚石刀具。④笔者曾用CxNy 涂层高速钢钻头在高强度钢上钻孔，与未涂层钻头相比，涂层钻头的使用寿命提高7~9 倍。在其他高速钢刀具上涂覆CxNy，亦有显著效果。又曾在硬质合金刀片上涂覆CxNy，用以车削钢料，效果尚不够理想，其使用寿命不超过普通TiC涂层 硬质合金刀片。中国的刀具涂层技术与工业发达国家相比尚有很大差距，涂层刀具的数量也差得很远，大致只占全部刀具的20%。其中数 控机床和加工中心上使用得多一些，在普通的非数控机床上则少得可怜，原因是认识问题和价格等因素。我们应该努力提高刀具涂层技术和应用技术的水平，大力推 广应用涂层刀具，促进切削加工和机械制造水平的提高。
一作发表SCI论文27篇，曾在国际大赛击败NASA……他现在工作于西安卫星测控中心，研究领域中有五个处于国内领先水平，三个达到国际领先水平。
查阅近五年的文献是指在撰写论文过程中，要尽可能地使用近五年内发表的文献来支持论文的观点和结论。但并不意味着论文的参考文献只能包括近几年的文献。
论文参考文献的选择应该基于以下原则：
热喷涂涂层投稿期刊
这些都是检索系统，一个收录很多论文的数据库。 SCI主要偏重理论性研究。 SSCI是社会科学期刊数据库。 EI偏工程应用。 CSCD和核心期刊都是中国的数据库。 ISTP是会议论文数据库，以上都是期刊论文。
热喷涂技术起始于本世纪初。起初，只是将熔化的金属用压缩空气形成液流，喷到被涂敷的基体表面上，形成一层膜状组织。其喷涂温度、熔滴对基体表面的冲击速度及形成涂层的材料的性能构成了喷涂技术的核心。热喷涂技术的整个发展，基本上是沿着这三支主导线向前推进的。温度和速度取决于不同的热源和设备结构。从某种意义上说，温度越高、速度越快，越有利于形成优异的涂层，这就导致了温度和速度两种要素在整个技术发展过程中的竞争与协调的局面。繁多的喷涂材料的可选择性，是热喷涂指数的另一种优势，它可以使不同设备的工作面被“点铁成金、戴盔穿甲”。正是这三种要素，使热喷涂成为真正具有叠加效果的独特技术，它可以设计出所需的各种各样性能的表面，获得从一般机械维修，直到航天和生物工程等高技术领域广泛的应用。不久前，在日本神户举行的第十四届国际热喷涂会议上，将汽车、冶金和能源等工业领域作为热喷涂技术深化应用与重点开发的三大主题，表明这项技术在扩充应用中的新动向。
2. 基本概念
2．1 定义
热喷涂是这样原一系列过程：以某种形式的热源将喷涂材料加热，受热的材料形成熔融或半熔融状态的微粒，这些微粒以一定的速度冲击并沉积在基体表面上，形成具有一定特性的喷涂层。
2．2 喷涂材料
喷涂材料有粉、线、带和棒等不同形态，它们的成分是金属、合金、陶瓷、金属陶瓷及塑料等。粉末材料居重要地位，种类逾百种。线材与带材多为金属或合金（复合线材尚含有陶瓷或塑料）；棒材只有十几种，多为氧化物陶瓷。
2．3 喷涂方法
以提供热源的不同，可分为燃烧法及电热法。前者包括燃烧火焰喷涂、爆炸喷涂及高速火焰喷涂(HVOF);后者包括电弧喷涂及等离子喷涂（又分常压等离子喷涂与水稳等离子喷涂）。 喷涂工艺对涂层产生重要影响的是喷涂湿度（严格地说，是熔滴冲击基体表面时的温度）和熔滴冲击表面的速度。
2．4 涂层的形成及其评价
喷涂材料经过具有某种热源形式的喷涂设备喷射之后，在到达被喷涂的基体表面之前，其飞行时间只有几千分之一秒或更少。在如此之短的时间内，它被加热、熔化或半熔化，形成细小而分散的熔滴，冲向基体表面，被击成扁平的叠状小片，先前生成的扁片又被后来者所覆盖，很快就形成由很多扁平罗叠而成的覆盖层，即为喷涂层。热源湿度越高，熔滴冲击速度越大，形成的涂层越致密。涂层性能与诸多因素有关。
3. 涂层功能
当某一个工程问题提出后，首先应明确接受施工的工件被喷涂的部位（通常是设备或设施的工作表面）处于什么样的工况条件，而涂层功能则是确定喷涂工艺及材料的主要依据，同时还要考虑在经济上是否允许。
3．1 涂层的多样性
涂层的多样性源于喷涂材料的多种选择、工艺参数的可控及喷涂方法的可变。喷涂粉末材质逾百种，线材和棒材也有数十种，不同的喷涂方法和工艺参数的变化，能使同一材质形成不尽相同的涂层。如此，这些变数的组合就可得到一组“菜单式”的涂层系列，当你需要具有某种特性的涂层时，只需从中择取即是。
3．2 涂层类别
喷涂材料喷涂而成的涂层依据它们的万分可以分为10个系列；（1）铁、镍和钴基涂层；（2）自熔合金涂层；（3）有色金属涂层；（4）氧化物陶瓷涂层；（5）碳化钨涂层；(6)碳化铬和其他碳化物涂层；（7）难熔金属涂层；（8）氧化物陶瓷涂层；（9）塑料基涂层；（10）金属陶瓷涂层。
3．3 涂层功能
依据美国F. N. LONGO 对热喷涂涂层的分类方法，涂层按功能可分为：
1） 耐磨损涂层。包括抗粘着磨损、表面疲劳磨损涂层和耐冲蚀涂层。其中有些情况还有抗低温（<538C）磨损和抗高温（538～843C）磨损涂层之分。
2） 耐热抗氧化涂层。该种涂层包括高温过程（其中有氧化气氛、腐蚀性气体、高于843℃的冲蚀及热障）和熔融金属过程（其中有熔融锌、熔融铝、熔融铁和钢、熔融铜）所应用的涂层。
3） 抗大气和浸渍腐蚀涂层。大气腐蚀包括工业气氛、盐性气氛、田野气氛等造成的腐蚀；浸渍腐蚀包括饮用淡水、非饮用淡水、热淡水、盐水、化学和食品加工等造成的腐蚀。
4） 电导和电阻涂层。该种涂层用于电导、电阻和屏蔽。
5） 恢复尺寸涂层。该种涂层用于铁基（可切削与可磨削的碳钢和耐蚀钢）和有色金属（镍、钴、铜、铝、钛及他们的合金）制品。
6） 机械部件间隙控制涂层。该种涂层可磨。
7） 耐化学腐蚀涂层。化学腐蚀包括各种酸、碱、盐，各种无机物和各种有机化学介质的腐蚀。
什么是热喷涂涂层？
最简单的阐述便是，热喷涂涂层包括涂层材料可以是单一金属材料，但更多情况下是可以在热喷涂过程中形成特殊物理性能的合金。总而言之，热喷涂涂层将大大增加工件的工作性能及使用寿命。给现有的工件以增值的效益。
涂层的材料的选择可以是无穷尽的，既可以使金属、塑料，也可以是几种材料的混合体以达到一系列的规定的物理参数。而不同的喷涂材料也可以选用相应的喷涂工艺进行作业。
目前，热喷涂已广泛应用于各种工业领域，以延长产品寿命，增强性能，降低生产及维修成本。
热喷涂工艺也许是保护工件机体表面不受磨损基腐蚀的最佳选择。其它的主要应用包括恢复尺寸，保持精密间隔，改变热电系数等。北京廊桥技贸有限责任公司，作为国内热喷涂行业的先驱，将向您提供优良、可靠的热喷涂技术服务和产品。 热喷涂的应用实例
以下具体实例，北京廊桥技贸有限责任公司均可提供详细作业参数及资料。
1．增强表面硬度，提高使用寿命，降低维修成本：
可能产生磨损的工作条件包括微振、滑动、冲击、擦伤、侵蚀等。康磨损涂层应该时间应得，而且具有耐热及耐化学腐蚀的性能。
应用实例: 混凝土搅拌机的螺旋输送机在工作时承受着混凝土输送所导致的持续的、强力的、恶劣的磨损。廊桥公司采用热喷涂技术制成的耐磨涂层，大大提高了机器作业表面的耐磨性，延长了使用寿命。
应用实例：生产铁罐所用的巨型光面的压辊，再采用了热喷涂涂层技术后，使用寿命比Chrome plate 还要长。
应用实例: 轮船发动机活塞环上的chrome plate 在工作温度达到了400℃后很容易被磨损掉。采用热喷涂处理活塞环的工作表面，使其能够抵抗高温条件下的磨损。
应用实例: 廊桥公司所设计的涂层还可应用于纺织机械中高速运转的引线导轨，使提高对软磨损的抵抗性，并保证机器不损伤纺线。
应用实例: 在航天航空领域，热喷涂涂层可以抵御空气的冲击、侵蚀对发动机叶片带来的不利影响。并时采用钛作为发动机叶片成为可能。压缩机密封环也通常采用了热喷涂处理。 2．恢复尺寸
2. 热喷涂是恢复尺寸的一种经济有效的方法。无论是工作磨损还是加工超差造成的工件尺寸不合要求，利用热喷涂均能提供新表面，这种方法既没有焊接的变形，也不象特殊的电镀工艺那样昂贵。同时，新表面由耐磨损或抗蚀性料构成，或者与工件的构成料相同。
应用实例: 水电站的轮机叶片长期受高落差并含有腐蚀性物质水流的强力冲蚀，其厚度明显变薄。廊桥公司所研制的涂层不但可以恢复叶片厚度，还将使其更加耐冲击和腐蚀。
应用实例: 复印机的墨粉滚筒在长期反复实用下被磨薄，导致复印效果变黑或出现黑线。通常的维修方法是换整个滚筒，原部件则被遗弃。廊桥公司可采用热喷涂工艺在原滚筒上喷一层合金，不但恢复了原滚筒的直径，还使修复后的滚筒更耐磨，使用寿命更长，而维修成本只相当于换新部件的五分之一。
应用实例: 飞机的轮机的气垫在连续工作状态下损耗很快，特殊的热喷涂涂层可以提高该部件的尺寸和工作寿命。
应用实例: 火车头的曲轴。
应用实例: 印刷机上的油墨滚筒。
3．抗高温氧化：
应用实例: 喷气式发动机燃烧室内需喷上特殊的涂层，以抵抗运行过程中的高温氧化。
应用实例: 工厂、轮船的烟囱上喷上防高温氧化的涂层后，使用寿命提高了五倍。
应用实例: 汽车密封阀。
应用实例: 汽轮机的叶片
4．热障涂层：
应用实例: 一般用于柴油发动机的活塞、气体透平机燃烧室、阀门及火焰稳定器。经热喷涂处理后抵挡工作环境中的高温高压，将基体的工作温度降至10℃-65℃。
应用实例: 生产钢材设备中的传递压辊和送氧吹管。
5. 耐气蚀涂层：
应用实例: 钻井平台上的柱塞泵
应用实例: 炼钢炉
应用实例: 喷涂金属涂层对结构钢提供抗蚀防护现已普遍应用，范围包括建筑、桥梁、铁塔、无线电、广播及电视、结构钢架、雷达天线、过街天桥、铁路高价线支柱、电力线铁塔等。
应用实例: 为了对付盐类气氛的侵蚀，从五十年代开始，就已经对海面的井口装置进行了喷涂。这项技术已用于锥形冷却塔，油类和丙烷气贮槽的外部保护。
6．抗化学腐蚀
应用实例: 对液体货运车内部采用热喷涂，可保证液体货品的纯净，游客防止铁类杂志的污染。对铁路车辆喷涂锌，能有效防腐，不必运行期间再进行油漆作业。
应用实例: 廊桥公司的热喷涂涂层还可用于保护淡水管道，水塔内部和水利系统的闸门。这些设施在喷涂后可使用十年不必维修。
热喷涂在海上工程方面也得到广泛应用。对船身、甲板、驳船的混凝土部分、大平体穿、拖船等，热喷涂都取得了良好的长效保护。（美国海军做了大量工作，一直在与船舶的腐蚀做斗争。他们已经制定了一种综合性的热喷涂工艺实施计划.)
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