Guhring公司的Hellinger說，該公司大約在10年前開始與德國政府合作，開發(fā)在切削加工中減少使用冷卻液的技術(shù)。“我們開發(fā)的第一種真正的干式切削刀具涂層由多層TiAlN和TiN涂層組成，其頂層采用了具有潤滑功能的二硫化鉬型涂層?！边@種復(fù)合涂層采用PVD工藝涂覆。涂層順序為：底部為多層的硬涂層(Guhring公司稱其為Firex涂層)，先涂一層TiN涂層，其上再涂一層TiAlN涂層，然后交替涂覆這兩種涂層。Hellinger解釋說，“這些硬涂層可以起到抗磨損和耐熱的作用，因為這種材料的開始氧化溫度為800℃?！彼J(rèn)為，頂部的二硫化鉬涂層(稱為Moly-Glide涂層)很像用于不粘鍋表面的特氟龍。盡管它并不具有硬涂層的耐磨功能，但“將其涂覆在任何涂層或基體的最上面時，就能防止其他材料與其發(fā)生粘附。從而可以消除積屑瘤，并使切屑順暢流動，其作用就像潤滑劑一樣?！?/div>
關(guān)于涂層性能的比較，Hellinger列舉了一個在鑄鐵材料上鉆削孔徑18mm、孔深50mm孔的加工實例。用一支TiAlN涂層鉆頭，以100sfm的切削速度、14.7ipm的進(jìn)給率進(jìn)行干式鉆削，在必須重磨鉆頭之前，能夠加工400個孔。而用Guhring公司相同直徑、但采用Firex/MolyGlide多層涂層的鉆頭以相同的切削參數(shù)進(jìn)行加工時，在重磨鉆頭前可以加工1200個孔。盡管Firex/MolyGlide涂層鉆頭的成本要比原來使用的TiAlN涂層鉆頭高出大約30%，但由于原來的鉆頭壽命較短而導(dǎo)致的重磨和停機(jī)成本卻比替換鉆頭高3倍。
Guhring公司最近推出一種納米多層牌號的Firex涂層，該涂層由大約80層納米尺度的涂層組成，總厚度為1.5-5μm。Hellinger解釋說，“每層涂層的厚度更薄，有助于防止裂紋擴(kuò)散，避免裂紋向下延伸到基體材料而對刀具造成更大沖擊?！?/div>
Quinto博士認(rèn)為，PVD工藝用于涂覆這種多層涂層具有一定優(yōu)勢，因為它能提供一種“混合和匹配涂層的能力，你可以將多層涂層中每一層的厚度設(shè)計得非常薄，通常厚度可小至20-30nm。你可以隨時調(diào)整涂層的成分和結(jié)構(gòu)，你還可以通過設(shè)計增加涂層的韌性。”
涂層各層厚度的優(yōu)化調(diào)整是刀具制造商住友電工硬質(zhì)合金公司最近升級更新的一種類金剛石碳(DLC)涂層的關(guān)注焦點。該公司的助理工程經(jīng)理Rich Maton介紹說，該涂層最初是一種單獨(dú)使用的涂層(而不像現(xiàn)在這樣涂覆在一種傳統(tǒng)的硬涂層之上)，用于切削加工鋁和其他有色金屬材料?！爱?dāng)?shù)毒咔邢骷庸やX件時，切屑持續(xù)不斷地滑過刀片的刀面。鋁極具磨蝕性，并會產(chǎn)生大量切削熱?！盌LC涂層能減小工件與刀具之間的摩擦系數(shù)。
這種改進(jìn)后的新涂層采用了更多的層數(shù)，以增大涂層的最終厚度。以前的涂層總厚度為0.05-0.1μm，而改進(jìn)更新后的涂層總厚度達(dá)到0.4-0.5μm。在剛開始嘗試生產(chǎn)一種較厚的涂層時，遇到了涂層與刀具基體粘附性能不穩(wěn)定的問題。Maton說，住友公司開發(fā)了能將很多較薄的DLC層重疊成較大的最終厚度，同時又能提高涂層與基體粘附性能的技術(shù)。這種改進(jìn)后的涂層既具有潤滑能力，同時又通過增大涂層厚度，提高了耐磨性能。
Maton指出，最初的DLC涂層是一種有光澤的金屬藍(lán)色，而現(xiàn)在新的DLC涂層則呈現(xiàn)出金色和綠色，這是因為涂層層數(shù)的變化改變了涂層表面的棱鏡折射特性。
改進(jìn)后的涂層也進(jìn)一步提高了潤滑性。Maton說，“我們有一種表面高度磨光、用于鋁加工的未涂層硬質(zhì)合金牌號H1，當(dāng)我們在其上加涂了DLC涂層(DL1000牌號)后，刀具表面變得極其光滑，不僅切屑能很容易地從上面流過，而且刀具表面具有更好的潤滑性和更小的摩擦系數(shù)?！绷硪粋€結(jié)果是提高了高磨蝕性加工中的刀具壽命，“不僅切屑不會粘結(jié)在硬質(zhì)合金刀片上，而且刀片的耐磨性也進(jìn)一步提高?！?/div>
干式鉆削的關(guān)鍵是控制會降低刀具性能的切削熱。與TiN涂層相比，TiAlN和AlTiN涂層具有更好的耐熱性，因為鋁在加工過程中會形成氧化鋁薄膜，它可以起到熱屏障的作用，并促使切削熱傳入切屑(而不是刀具)之中。最近，刀具制造商開發(fā)了包含鉻元素和硅元素的新型涂層材料，以通過形成氧化鉻和氧化硅，進(jìn)一步增強(qiáng)涂層的熱屏障作用。
涂層供應(yīng)商歐瑞康巴爾查斯美國公司(Oerlikon Balzers USA Inc.)的銷售部高級經(jīng)理Thomas Schattauer介紹說，該公司的AlCr基Balinit Helica多層涂層特別適合干式鉆削，因為該涂層在典型的鉆削高溫下具有高硬度，并能提供高達(dá)1100℃的抗氧化溫度。此外，它還擁有低摩擦系數(shù)(與鋼的干摩擦系數(shù)為0.25)，有助于排屑。
Schattauer指出，在干式鉆削中，為確保通過切屑排除切削熱，選用適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給率至關(guān)重要。如選用的進(jìn)給率太小，切屑吸收的熱量有限，會使大部分熱量流入刀具中，從而加速其失效。許多加工車間認(rèn)為，為了成功實施干式鉆削，必須選用非常保守的切削參數(shù)。但實際上，為了使高效涂層發(fā)揮作用，就需要選取較大的切削參數(shù)。例如，與采用非涂層鉆頭相比，采用Balinit Helica涂層鉆頭進(jìn)行干式鉆削時，允許將進(jìn)給率提高30%。
位于美國明尼蘇達(dá)州的Rushford (Minn.) Hypersonic LLC公司推出了一種可以提高干式鉆削生產(chǎn)率的涂層技術(shù)。該公司成立于2007年，主要從事極超音速等離子體顆粒沉積(HPPD)涂層工藝的商業(yè)化應(yīng)用工作。該技術(shù)由明尼蘇達(dá)大學(xué)機(jī)械工程系開發(fā)并擁有專利。這種涂層工藝集成了化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝與納米顆粒等離子體沉積工藝的特點。當(dāng)粒度為4-40nm的納米顆粒涂層材料以超過8倍音速(2400m/sec以上)的運(yùn)動速度撞擊被涂表面時，就會因撞擊而發(fā)生相變，使其滲入基體表面并與其牢固結(jié)合在一起，而不僅僅是簡單地涂覆在基體表面。這種涂層的硬度范圍為36-50GPa，斷裂韌性約為6MPa。通過將氣相硅和碳?xì)浠衔锴绑w注入ArNH2等離子體中，就可以制備出各種硅、碳和碳化硅涂層。
Rushford Hypersonic公司總裁兼首席執(zhí)行官Daniel Fox表示，這種涂層由厚度約為1-10μm(取決于加工要求)的單層涂層構(gòu)成。由于涂層成分與基體材料牢固地結(jié)合為一體，因此，“如果要想取下涂層材料，就必須連同基體的一部分一起取下來。”
進(jìn)行這些初期切削試驗的目的是“對價格最便宜的鉆頭進(jìn)行涂層，并考察可以期望其達(dá)到多長的使用壽命?！盧ushford公司目前正開始對銑削用涂層進(jìn)行試驗。Fox補(bǔ)充說，HPPD涂層的應(yīng)用并不僅僅局限于切削刀具，它也能用于模具、拉擠成型設(shè)備、軸承、凸輪、氣缸壁和可植入人體的醫(yī)療器件等，以起到減輕磨損的作用。
最后、干式鉆削的任何潛在應(yīng)用都必須考慮刀具系統(tǒng)、工件以及零件的特點和要求。同時也要考慮其他一些因素，例如，住友公司的Maton指出，決定是否采用干式鉆削應(yīng)考慮加工批量，“如果需要以盡可能快的速度加工大批量的孔，通常應(yīng)使用冷卻液;但如果加工批量不大，則可以采用干式鉆削。選擇加工方式時必須綜合權(quán)衡?！辈贿^，當(dāng)加工車間在權(quán)衡了各種因素后，決定采用少用或不用冷卻液的加工方式時，刀具制造商將為它們開發(fā)和提供能最大限度提高生產(chǎn)率的各種先進(jìn)涂層
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