你应该在家里穿大衣吗？需要考虑的因素包括成本、供应链问题和制造专有涂层的能力
在 Better Edge 装载 Oerlikon Balzers PVD 涂层容器。 （图片由 Better Edge 提供）当我们上次详细介绍切削刀具涂层时（ME 2019 年 8 月：“通过高级化学提高刀具寿命”），热门新技术是高功率脉冲磁控溅射 (HiPIMS)。 HiPIMS 是物理气相沉积 (PVD) 的一种高级形式，可实现涂层金属的几乎完全电离。但该过程需要控制 100 多个参数。当时，工具制造商才刚刚开始认识到通过这种方法生产的涂层的好处，但许多人仍对自己尝试持谨慎态度。
CemeCon，一家基于涂层技术的供应商位于纽约州 Horseheads 的公司现在提供新用户仅需几周培训即可操作的系统，据销售经理 Ryan Lake 称，这些系统的功能甚至比以前的型号还要强大。
该公司的Lake 解释说，最新的操作软件使得控制 HiPIMS 过程的众多因素变得相对容易。他讲述了最近的一次安装，其中一位客户派员工到 CemeCon 进行为期两周的培训课程，然后再进行两周的内部培训。 “他们之前都没有做过涂层，但他们[很快]就开始运作了。”正如他所说，CemeCon“能够培训任何对技术感兴趣的人。如果他们能弄清楚如何成功制造优质切削工具，他们就能学习如何进行涂层。”
您应该在内部进行涂层吗？
专业工具制造商和修磨商更好位于宾夕法尼亚州斯科特代尔的 Edge 使用 CemeCon 和 Li 的设备对其产品进行涂层位于埃希滕斯坦的 Oerlikon Balzers。此外，Better Edge 的 Kabrlyn 涂层技术部门还为其他工具制造商提供涂层服务。同样，CemeCon、Balzers 和其他制造涂层容器的公司通常也提供涂层服务，这些公司可以就是否在内部进行涂层提供有用的观点。
Lake 说了三个中的第一个研究的因素是财务：您在外部涂层服务上花费了多少？ “如果每年的成本是 200,000 到 250,000 美元，考虑将其引入内部肯定是出于经济原因。”
Better Edge 运营和质量副总裁 Brian Shaffer 补充说，您还需要考虑特定涂层的预期体积。 “配方非常昂贵，尤其是在我们喜欢玩的高性能竞技场。所以我们必须做足够的测试来证明配方对我们客户的底线来说是值得的，并问问自己是否会有足够的体积来填充该装置，使其值得运行。”
例如，Shaffer 说，2020 年底，Better Edge 投资了一台 Oerlikon Balzers 电弧技术涂层装置，其中包含“TiN、AlTiN、AlCrN 和 TiAlN使我们能够将 99% 的业务保留在内部的食谱。我们仍然有一些奇怪的情况需要运出极长的工具，或者我们不提供的配方，例如 TiB2 或金刚石。”
虽然 HiPIMS 仍然是一个复杂的过程，但 CemeCon 的软件和培训使一个新的用户在短短几周内即可操作涂层容器。 （图片由 CemeCon 提供）那么是否值得添加更多内容？ Shaffer 提到了 Balzer 的 Tisaflex，他说该产品“在硬化钢和其他难加工材料中”已被证明是成功的。那是另一个如果我们有足够的需求，我们可能有一天会考虑在内部引入配方。”这里的教训是，成本考虑不仅仅是获得船只。
Shaffer 指出，实现清洁度是另一个成本考虑因素。 “我们发现投资于优质清洁装置可通过减少电弧错误极大地帮助减少涂层容器的停机时间。”
理想情况下，您将涂层与研磨物理隔离，Lake 补充说，因为后者会将微粒放入空气。否则，“您的工具上存在涂层空隙的高风险，因为颗粒会沾到您的工具上。他们进入腔室，然后涂层不粘附。但我们有客户的涂层设备距离研磨机可能只有 20 英尺（6.1 m），他们仍然很成功。我们建议分居。但我们也知道，有时现实不允许这种情况发生。”
Lake 将供应链控制列为第二重要的因素决定是否在内部涂装的重要因素。 “这样，工具永远不会离开他们的设施，他们永远不会离开他们的控制，他们缩短了交货时间。这通常是一个目标。” Shaffer 热情地表示同意：“对流程的完全控制为我们提供了竞争优势——能够提供更短的交货时间。我们刚刚启动了一个我们称为“Rapid Edge”的计划，该计划在短短三天内提供高性能涂层特殊产品。”
根据 Lake 的说法，第三个要考虑的因素是开发专有涂层的能力。他解释说，合同涂层商或多或少被迫提供标准产品。 “我们不知道每天进门的是什么。 ……我们可以根据工具的大小和几何形状对预处理、后处理或清洁进行调整，以不同的方式进行优化。但我们没有工具制造商那样的灵活性。”莱克补充说竞争涂层机提供的材料之间也没有太大差异。然而，“当你把涂料带回家时，你可以做任何你想做的事。借助 HiPIMS，您几乎可以溅射元素周期表上的任何元素。”
CemeCon 总裁 Marjorie Steed 观察到，COVID-19 大流行造成的激烈竞争压力促使工具制造商寻求新的方法来区分自己。 “他们问，‘我们怎样才能推广我们的特色产品？我们如何才能证明我们的工具性能比以前更好，或者比我们的竞争对手更好？’这种对新技术的探索导致了对 HiPIMS 工艺的需求激增，并且随着事情的发展，这种需求还在继续。”
HiPIMS PVD 涂层（左) 比使用传统电弧方法的 PVD 涂层光滑得多，如这些 t 中所示wo扫描电子显微镜图像。 （图片由 CemeCon 提供）
专有涂层
您可能会说，山特维克可乐满 (Sandvik Coromant) 是一家痴迷于创建专有切削工具解决方案（包括涂层）的公司，其美国总部位于位于北卡罗来纳州 Mebane 的公司 Inveio 涂层采用获得专利的化学气相沉积 (CVD) 工艺来控制晶粒结构，使其“比市场上任何其他铝涂层都更垂直”，开发专家 Doug Evans 表示。他说，这种均匀垂直的结构比其他 CVD 涂层更坚固。 “如果将鸡蛋侧放并对其施加压力，很容易将其打破。但是如果你能把鸡蛋竖起来，你会得到更好的压缩力并且需要更大的压力才能打破。如果你能让铝晶粒结构直立，情况也是如此。”
Evans 说 Inveio 涂层它可以由氮化钛铝、氮化钛铬和氧化铝的各种组合组成。 Inveio 用于可转位刀片，其中 CVD 占主导地位。 Evans 报告说刀具寿命提高了 30% 到 50%，这完全归功于涂层。对于需要更薄涂层以保持更锋利切削刃的整体硬质合金刀具，山特维克可乐满拥有专有的 PVD 工艺，称为 Zertivo。再次吹捧的好处是能够在微观层面操纵涂层过程。据说这可以提高基材和涂层之间的附着力，并针对每个等级进行了优化。这是氮化钛，或氮化钛碳涂层。 “我们开始看到一些采用 PVD 工艺的氧化铝型涂层，”埃文斯说。他补充说，Zertivo 现在正应用于所有新的硬质合金牌号。
山特维克可乐满不仅为其涂层工艺申请了专利，该公司还建造了自己的涂层容器（更不用说关于创建专门的预处理和后处理例程）。 Evans 说，山特维克销售的 90% 的工具都是使用自己的设备进行涂层处理的。
适用于严苛应用的新型更厚涂层
正如 2019 年文章中所讨论的，PVD 是一种更好的技术比 CVD 的原因有很多——除非应用需要厚涂层。 Lake 解释说，这是因为随着 PVD 涂层变厚，应力会在其内部累积，从而导致附着力差和过早失效。 “电弧技术总是在 4 到 5 微米之间达到顶峰，除非你做了特殊的事情来进一步减轻压力。传统溅射最多只能达到八个，也许十个。”
但现在——您可能已经预见到了这一点——CemeCon 的 HiPIMS 能够可靠地实现 12 µm 厚的 PVD 涂层。 Steed 说，这是因为 CemeCon 具有独特的能力，能够将阴极脉冲与衬底台同步，从而 &ldquo；积极管理和限制”涂层的残余应力。 “我们甚至测试了厚达 25 微米的涂层，”Lake 补充道，“尽管还没有投入生产。就在三年前，甚至 12 也是闻所未闻的。”
Steed 解释说，这种能力对于为轨道、道岔、管道和曲轴的重型机加工中使用的可转位刀片进行涂层特别有用，因为以及铸铁和黑色金属材料的旋转剥皮。 “这些操作通常需要大量能够保持最高工作速度并提供高质量加工的切削刀片。更高的涂层厚度可显着延长刀具寿命——这是经济效率的关键。在此类应用中，相关性几乎是线性的——这就是我们称之为 FerroCon Quadro 的涂层发挥作用的地方。”
Steed 还指出，除了厚实和坚韧之外，FerrCon Quadro 涂层切割非常光滑，厚度分布均匀，提供最佳的耐磨性。事实上，看起来光滑度不仅是 HiPIMS 的一个特征，而且通常是 CemeCon PVD 涂层的一个特征。 Shaffer 说，他们有一个较旧的 HiPIMS 之前的 CemeCon 溅射装置，“在我们需要出色表面光洁度的应用中，它仍然优于欧瑞康巴尔查斯。我们已经在七台长笛精加工立铣刀和一些铰孔应用中看到了这一点。”
山特维克可乐满的 Inveio 涂层使用获得专利的 CVD 工艺来创建更均匀的垂直晶粒结构，用于添加力量。 （图片由 Sandvik Coromant 提供）多材料赢家
CemeCon 的 SteelCon 涂层最初是为模具制造中使用的硬化钢而开发的，现在被广泛应用，报告d Manfred Weigand，圆形工具产品经理。其中包括不锈钢、镍基合金、钛合金、调质钢 (42CrMo) 和冷作钢 (1.2379)。
Weigand 将这一成功归功于 SteelCon 出色的热稳定性和绝缘性，这“几乎不会让任何热量进入工具，而是通过芯片将其消散。这对于本身导热性很差的材料特别有利，例如不锈钢、镍基合金和钛。如果没有 SteelCon，硬质材料加工过程中不可避免地出现的高温会损坏刀具并使硬质合金变脆。”与其他 HiPIMS 涂层一样，SteelCon 具有“高度耐磨性”，因为涂层具有出色的附着力以及高硬度和韧性，Weigand 说。 “这种性能组合显着延长了刀具寿命并实现了出色的加工效果。”
在一项比较中 (6 mm 硬质合金立铣刀加工 62 HRC 冷作钢，vc = 170 m/min，fz = 0.11 mm，ae = 0.05 mm，ap = 0.05 mm），SteelCon 涂层刀具持续了 1,050 分钟，而与之竞争的 TiAlSiN-涂层工具的 590 分钟，AlTiN 涂层工具的 405 分钟。 Lake 说，总的来说，SteelCon 提供了“在任何地方运行工具的能力，甚至比我们以前的涂层要长 10% 到 30%，或者比他们一直在做的快 10% 到 30%。”
