“高速加工刀具涂层技术”专题序言

“高速加工刀具涂层技术”专题序言

高速加工是采用超硬材料刀具，通过高精度、高自动化和高柔性的制造设备提高切削速度，从而提高加工效率、加工精度和工件表面质量的一种先进制造加工技术，被誉为21世纪机械制造业的一场技术革命。与传统加工相比，高速加工的金属切除率可提高3～6倍，切削力减小30%，低阶切削振动几乎消失，同时由于切削热大部分被切屑带走，工件热变形小，可用于薄壁件和易变形材料的加工，已广泛应用于航空航天、国防军工、汽车、模具等制造业中。

在高速加工工况下，刀具常面临切削力大、切削温度高、工件加工硬化严重、切削变形大、易磨损和寿命短等难题。常用的刀具材料以硬质合金为主，但在高温下，工件与刀具易发生互扩散，削弱硬质合金中硬质相与粘接剂的结合，引发粘结磨损和扩散磨损。陶瓷刀具比硬质合金具有更高的红硬性和耐磨性，但其脆性大、热导率低、易产生裂纹。金刚石刀具硬度极高，但热稳定性较差，在高温下易与铁互溶，不适合加工黑色金属。立方氮化硼刀具有高硬度和优异的热稳定性，但其韧性差，且制造成本高。涂覆高性能刀具涂层是一种既经济又可行的延长刀具使用寿命、提高加工效率的方法。刀具涂层技术发明于20世纪60年代末，是在刀具表面涂覆一层硬度高、耐磨性好和化学性能稳定的薄膜，作为化学屏障和热屏障减少刀具与工件之间的扩散和化学反应，既能减少刀具磨损，还能耐热耐氧化，从而提高刀具服役寿命。目前，发达国家已超过80%的刀具上均使用涂层，我国涂层技术近年来取得迅猛发展，但与国外仍有较大差距。

目前刀具涂层市场以TiAlN、AlTiN和CrAlN涂层为主流产品，在高速加工各种难切削材料时，常发生明显氧化和烧蚀，且硬度也无法满足需要，而国外先进刀具涂层技术及工艺对我国长期封锁，高价垄断刀具市场。21世纪以来，随着物理气相沉积技术的突飞猛进，极大克服了传统磁控溅射技术离化率低和离子镀技术大颗粒污染的问题。新型涂层技术包括高功率磁控溅射技术、离子束辅助沉积技术、电弧离子镀/磁控溅射复合技术等，可大幅度提高靶材离化率和涂层表面质量，通过规避单一镀膜技术的固有缺陷，使生产结构致密、硬度高、膜基结合牢固的高性能刀具涂层成为可能，研发了具有自主知识产权的系列化先进刀具涂层产品，为我国重点领域关键材料/件提供加工利器。

在《表面技术》编辑部的精心策划下，本期选取“高速加工刀具涂层技术”作为专题，选题主要包括新型刀具涂层制备技术、涂层力学性能、摩擦学行为、耐腐蚀性能、涂层刀具切削性能等相关研究领域，旨在为国内同行分享刀具涂层领域最新研究成果，助力我国高速加工刀具涂层技术及理论的发展与创新，加速制造业结构升级，全面推进制造强国战略。

本期专题在征文、约稿和评审过程中，得到了国内同行们的积极响应和大力支持，在此谨对各位同行及专家学者致以最诚挚的谢意。