全球刀具業(yè)尋出路納米技術引發(fā)展
刀具制造商在全球原材料的上漲及經(jīng)濟全球化競爭對手數(shù)目不斷增加的大環(huán)境下,以高品質產(chǎn)品加優(yōu)良的服務為客戶創(chuàng)造價值是競爭的關鍵.刀具制造商積極的為自身發(fā)展以及為整個行業(yè)的進步尋求未來出路。
一、不同區(qū)域的發(fā)展現(xiàn)狀
從歐洲GDP增長率和工業(yè)產(chǎn)值,以及加工設備進出口及消費等多頂指標來看,斯洛伐克、捷克和波蘭排名前三甲。而在全球范圍內機床產(chǎn)值排名前三位的為日本、德國與中國,按機床消費排名前三位的則為中國、日本與美國。
全球刀具業(yè)尋出路 納米技術引發(fā)展
限制機床 生產(chǎn)大國德國產(chǎn)業(yè)擴大的主要因素來自原材料成本的上升、人力資源缺乏與技術能力進步減緩而導致的定單減少,其中原材料問題是最主要的影響因素。制造刀具的主要原材料硬質合金和高速鋼中的重要輔助原材料APT(AmmoniumParatungstate)是此次會議中的一個熱點問題。APT的化學分子式為(NH4)[H2W12O42]4H2O,是生產(chǎn)鎢制品的主要中間原料和市場交易形式。由世界主要刀具材料分布圖可見,其中高速鋼占到35%,硬質合金占15%。目前鎢的主要產(chǎn)區(qū)在阿爾卑斯山、喜瑪拉雅山脈以及太平洋周邊地區(qū)。中國擁有60%的鎢礦藏,國際市場上由于原材料緊缺,APT的價格在最近的幾年中從每噸50美元漲到每噸250美元左右。而成本的增加終將轉嫁到刀具終端用戶身上。
目前世界上相關的研究機構針對此類情況,正在進行積極研究,主要的研究方案是盡最大可能減少刀具中鎢的用量,主要方法為只在刀具的關鍵部分使用鎢或設計特殊的刀具幾何形狀。(數(shù)據(jù)來源:OECD,ifo-Institut,VDW,VDMA,Nationalassociation,GardnerPublications,此數(shù)據(jù)不包含零部件)
從美國刀具協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看,美國2006年的工業(yè)產(chǎn)值增長為4%,預計2007年為3.2%;2006年底機床 產(chǎn)值增長為5.2%,預計2007年增長為4.5%;2006年機床消費量增長為29.9%,預計2007將為18%;金屬加工業(yè)的增長率將持續(xù)緩步正增長,2008年有望進一步增長。從行業(yè)角度看,轎車和輕型卡車增長緩慢,2006年底為負增長(-4.2%),預計2007年可達到0.5%的微弱增長;重型卡車、建筑機械、農用機械及設備2006年為較大負增長,預計2007年增長速度將放緩。
而2008年又將攀升;航空產(chǎn)品增長最為迅速,2006年底增長為22%,預計2007年增長為10%,2008年則為23%。從刀具行業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,未來硬質合金所占比率將逐步增大.而高速鋼產(chǎn)品的比率將逐步減少。日本刀具協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,中國已經(jīng)成為世界上最大的機床消費國,緊接著為日本、美國、意大利等。亞洲經(jīng)濟增長迅速,根據(jù)亞洲開發(fā)銀行的統(tǒng)計數(shù)據(jù),中國2007年的GDP增長約為10%,印度約為8%。在良好的經(jīng)濟環(huán)境下,日本金屬加工業(yè)近年也持續(xù)高增長,從刀具產(chǎn)值來看,硬質合金刀具的產(chǎn)量近年持續(xù)增長,而高速鋼刀具開始呈現(xiàn)下降趨勢,硬質合金的進出口量均顯著增長,主要的出口對象為亞洲,其次為歐洲,然后為北美及其他地區(qū)。
全球機床 銷售的主要客戶群依次為通用機械和汽車行業(yè),各自約占35%,其次為航空、醫(yī)療和模具業(yè),客戶分布從10%到5%之間。從2006年不同組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出.在全球轎車行業(yè)增長中亞洲的貢獻最大,其中中國以絕對領先的40%的增長令人矚目,而同期全球平均增長率不到5%。
二、納米技術前景廣闊
西班牙科學研究機構InasmetTechnalia的歐洲項目經(jīng)理JoseLuisViviente博士負責納米技術項目第二階段,該項目側重發(fā)展納米技術在健康、航空、太空、汽車、能源等領城的應用。
他以納米技術是刀具的挑戰(zhàn)為題,介紹了納米技術的重要性以及在刀具領域的發(fā)展現(xiàn)狀,納米材料、納米結構涂層、鍍膜涂層技術等。納米源自希臘語的“矮子”,1納米等于10的負9次方米,納米技術是指設計、生產(chǎn)能夠將物質結構的外型及尺寸控制在納米級的裝置和系統(tǒng),其范圍界定在0.1~100nm范圍內。
納米之所以重要主要有兩點原因,一是其表面/體積比使其具備了獨特的表面特性優(yōu)勢;二是量子效應。目前面對的挑戰(zhàn)及需要改進的地方主要包括:機械和結構特性:硬度、強度、耐磨性;熱和化學特性:耐熱性、絕緣性、催化性;生物特性:適應性、殺蟲特性;電子和光學特性:反射性、透明性等。樂觀的估計,在未來7~8年間納米技術所創(chuàng)造的價值將達到30億美元,即使是悲觀的估計也可達到10億美元。
高速加工已被普遍認為是提高產(chǎn)量、降低制造成本的加工技術。干式加工或微量潤滑概念是如今加工業(yè)為減少環(huán)保及生產(chǎn)成本的主要目標。對刀具制造商和涂層供應商而言,最重要的是生產(chǎn)率。切削性能(切削速度,單位時間切削量)提高20%,制造成本將減少15%。越來越嚴苛的加工要求需要刀具材料和涂層進一步發(fā)展,改善加工條件及改進刀具設計。在加工過程中,刀刃處會出現(xiàn)溫度和機械力的驟然變化以及劇烈的化學反應.需要采用保護涂層以減少機械和熱負載。近年來,(Ti,Al)涂層的硬質合金刀具在高性能刀具市場上已經(jīng)占據(jù)了主導地位。在某些特殊應用場合的高需求促進了特殊涂層或精確涂層的發(fā)展。
納米材料 和納米結構材料的主要形式有:原子簇、納米粒子、納米層、納米纖維;多層式(層的厚度在納術級范圍內);納米結構涂層或納米涂層;納米結構的粒狀材料等。納米級涂層:涂層至少有一個尺寸(如晶?;颡毩⒌膶樱┬∮?00nm。
納米晶粒涂層比傳統(tǒng)的粗粒涂層具有更低的磨損率、更高的硬度和強度,微小的顆粒尺寸改變了涂層的破裂形式和材料去除機制,但關健問題是在熱應力下保持顆粒的尺寸。納米混合涂層包含至少兩個相位(晶相和非晶相)或兩個結晶狀態(tài)。尺寸、體積和納米晶粒的分布以及非晶相的厚度需要優(yōu)化,以找到在超硬度和強度間的平衡點,需要考慮熱穩(wěn)定性,在涂層過程中及后來的階段顯示出的非混合性、分解拐點和偏析現(xiàn)象。
納米多層結構由不同材料的納米層交替組成,具有各向異性的特性,加強了單層鍍層的性能,通過不同的交替層相互輔助,改善了涂層特性。薄膜沉積技術主要分為物理氣相沉積和化學氣相沉積,分別具有不同的優(yōu)勢及工藝特點。物理涂層具有高度一致的厚度,可提供理想的化學計量控制和相對低的沉積溫度,允許整個表面同時進行涂層,但需要注意沉積率,控制內應力以限制涂層厚度,以及與基體的粘著力?;瘜W氣相沉積則具有一致的厚度和高沉積率,對復雜幾何外型具有一致的沉積性,但其具有溫度高、內應力大的問題。