近30余年來(lái)，刀具涂層技術(shù)迅速發(fā)展会放，涂層刀具得到了廣泛應(yīng)用俗耗。1969年德國(guó)克虜伯（Krupp）公司和瑞典山特維克（Sandvik）公司研發(fā)成功了化學(xué)氣相沉積（CVD）涂層技術(shù)，并向市場(chǎng)推出了CVDTiC涂層硬質(zhì)合金刀片產(chǎn)品匈惑。20世紀(jì)70年代初缝聋，美國(guó)本夏（(暫不可見(jiàn))shan）和拉格胡南（A.Raghuran）研發(fā)了物理氣相沉積（PVD）工藝，并于1981年將PVDTiN高速鋼刀具產(chǎn)品推向市場(chǎng)庇鸭。當(dāng)時(shí)CVD涂層工藝溫度約1000℃废徙，主要用于硬質(zhì)合金刀具（刀片）的表面涂層；PVD涂層工藝溫度為500℃和500℃以下狂嘉，主要用于高速鋼刀具的表面涂層爵孔。

　　后來(lái)，CVD和PVD涂層技術(shù)不斷迅速發(fā)展询蚊，在涂層材料神阔、涂層設(shè)備和工藝等方面都有了很大進(jìn)步，而且發(fā)展了多層材料的涂覆技術(shù)因震，使涂層刀具（刀片）的使用性能有了很大的提高吩捞。PVD涂層技術(shù)過(guò)去主要用于高速鋼刀具，而近年來(lái)隨著PVD涂層技術(shù)飛躍發(fā)展汁蝶，也成功用于硬質(zhì)合金刀具（刀片）渐扮，占領(lǐng)了硬質(zhì)合金涂層刀具（刀片）的一半陣地。現(xiàn)在掖棉，涂層高速鋼刀具和涂層硬質(zhì)合金刀具（刀片）廣泛應(yīng)用墓律，已占全部刀具使用總量的50%以上。

涂層刀具的優(yōu)越性

　　在韌性較好的刀具（刀片）基體上進(jìn)行表面涂層幔亥，涂覆具有高硬度只锻、高耐磨性、耐高溫材料的薄層（如TiN紫谷、TiC等），使刀具（刀片）具有全面捐寥、良好的綜合性能笤昨。未涂層高速鋼的硬度僅為62~68HRC（760~960HV），硬質(zhì)合金的硬度僅為89~93.5HRA（1300~1850HV）；而涂層后的表面硬度可達(dá)2000~3000HV以上瞒窒。

　∞嗥А①由于表面涂層材料具有很高的硬度和耐磨性，且耐高溫崇裁。故與未涂層的刀具（刀片）相比嚼讹，涂層刀具允許采用較高的切削速度，從而提高了切削加工效率波耗；或能在相同的切削速度下脊腺，提高刀具壽命。

　⌒萘病②由于涂層材料與被加工材料之間的摩擦系數(shù)較小茉园，故涂層刀具（刀片）的切削力小于未涂層刀具（刀片）。

　∈犯狻③用涂層刀具（刀片）加工汁讹，零件的已加工表面質(zhì)量較好。

　〈钢④由于涂層刀具（刀片）的綜合性能良好棋裳，故涂層硬質(zhì)合金刀片有較好的通用性，一種涂層硬質(zhì)合金牌號(hào)的刀片具有較寬的使用范圍贩纵。

刀具涂層技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步

　　筆者多次參觀了國(guó)際機(jī)床工具展覽會(huì)凭协，收集到很多資料，并聽(tīng)取了各大工具公司的技術(shù)報(bào)告然走，從而了解到刀具產(chǎn)品表面涂層技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步援制。

CVD涂層技術(shù)的進(jìn)展

　　過(guò)去，硬質(zhì)合金刀具表面涂層采用高溫化學(xué)氣相沉積（HTCVD）工藝芍瑞。在常壓或負(fù)壓的沉積系統(tǒng)中晨仑，將純凈的H2、CH4拆檬、N2洪己、TiCl4、AlCl3竟贯、CO2等氣體根據(jù)沉積物的成分答捕，按一定配比均勻混和，依次涂到具備一定溫度（一般為1000~1050℃）的硬質(zhì)合金刀片表面屑那，即在刀片表面沉積TiC拱镐、TiN、TiCN持际、Al2O3或者它們的復(fù)合涂層沃琅。直到現(xiàn)在哗咆，HTCVD仍是使用最多的工藝方法，除HTCVD外蝠笔，還有等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD）工藝读铁，它是在硬質(zhì)合金刀具（刀片）表面涂層的另一種方法，因這種涂層工藝溫度較低（700~800℃）床少，故刀片的抗彎強(qiáng)度降低砂两。因?yàn)門(mén)iC與基體材料的線膨脹系數(shù)最接近，通常用TiC薄層先涂在基體表面上橘疚，外面再涂TiN汪汰、Al2O3，如TiC/TiN伟秩、TiC/Al2O3篓疚、TiC/TiCN/TiN等。

　　后來(lái)猿悔，發(fā)展了各種不同組合的多層涂層掂演。筆者在多次展覽會(huì)上調(diào)查和統(tǒng)計(jì)了瑞典、德國(guó)角葱、美國(guó)栓拜、日本、韓國(guó)惠昔、以色列和中國(guó)各公司的CVD涂層硬質(zhì)合金刀片產(chǎn)品幕与，涂層材料有以下組合：TiCN/Al2O3、TiCN/TiC/TiN镇防、TiCN/TiC/Al2O3啦鸣、TiCN/Al2O3/TiN、TiCN/TiC/Al2O3/TiN来氧、TiCN/Al2O3/TiCN诫给、TiN,TiC/TiCN/TiN、TiN/TiCN/TiN等啦扬≈锌瘢可以看出，近年多用TiCN或TiN作底層扑毡，這是因?yàn)榛w硬質(zhì)合金有了改進(jìn)胃榕，例如采用了梯度結(jié)構(gòu)，才有可能用TiCN或TiN墊底瞄摊。此外勋又，TiN涂層不宜單獨(dú)使用，因?yàn)榕c硬質(zhì)合金相比颈缆，TiN的硬度提高不多葡料，TiN必須與TiC扑详、TiCN、Al2O3等組合使用乱一。

PVD涂層技術(shù)的進(jìn)展

　　早期，PVD涂層均采用“真空蒸鍍法”褂反，膜層往往不均勻之搅，與基體的結(jié)合不夠牢固，后發(fā)展了“真空磁控濺射法”和“真空等離子鍍工藝”娇仙，效果很好〉み叮現(xiàn)在刀具表面涂層主要用后兩種方法。

　　早年尾贮，PVD涂層只用于高速鋼刀具洁乏，涂層材料幾乎只用TiN一種。后來(lái)怔巷，改進(jìn)了涂層工藝倍试，發(fā)展了多種涂層材料和多層涂層，在硬質(zhì)合金刀具上也得到了大量的應(yīng)用蛋哭。涂層效果比以往大有進(jìn)步县习。TiN涂層材料仍在使用，新興的涂層材料是TiAlN和AlTiN谆趾，其使用效果優(yōu)于TiN躁愿。

　　歐洲的PVD涂層技術(shù)水平最高，領(lǐng)先于其他國(guó)家和地區(qū)沪蓬。知名的廠商有歐瑞康巴爾查斯（OerlkonBalzers）公司彤钟、德國(guó)PVT等離子真空技術(shù)公司和丹麥尤尼莫克（Unimerco）公司等。他們的PVD涂層設(shè)備和工藝先進(jìn)跷叉，涂層材料品種多逸雹，涂層刀具和其他產(chǎn)品使用性能好。

　　國(guó)外一些知名的高速鋼和硬質(zhì)合金工具廠性芬，都有涂層刀具（刀片）產(chǎn)品峡眶，但涂層設(shè)備和工藝多購(gòu)自涂層技術(shù)的專(zhuān)業(yè)公司，或與之合作植锉，而不是自行研制骡榨。據(jù)悉，瑞典山特維克公司和以色列伊斯卡公司的PVD涂層設(shè)備都是從歐瑞康巴爾查斯公司購(gòu)進(jìn)的奕截。中國(guó)也應(yīng)當(dāng)這樣做寻僧，這是一條既好又快的道路。例如噪境，中國(guó)哈爾濱第一工具廠和德國(guó)PVT公司合作堪渠，成立了哈一工普威特鍍膜合資股份公司丧忍。歐瑞康巴爾查斯公司在全球設(shè)有77個(gè)涂層中心，在中國(guó)蘇州陶握、天津和漢江各設(shè)有一個(gè)中心参挨，中國(guó)鄰近城市和地區(qū)的工具廠家，其涂層產(chǎn)品多在上述中心進(jìn)行涂層禁歧。湖南株洲硬質(zhì)合金廠和四川自貢長(zhǎng)城硬質(zhì)合金廠的涂層設(shè)備都是從國(guó)外引進(jìn)的亮蜓。

CVD涂層新技術(shù)在超硬材料涂層方面的應(yīng)用

　　利用“熱絲CVD法”、“等離子體噴射CVD法”架独、“火焰燃燒法”等工藝能在硬質(zhì)合金或高速鋼刀具表面沉積金剛石薄膜（10μm）挠囚。CVD金剛石膜的力學(xué)、物理性能介于天然金剛石和熱壓聚晶PCD金剛石之間脖旱，能夠有效地加工有色金屬堪遂。

　　如增加沉積時(shí)間，可在基體或襯底（一般用硅片）上沉積出厚度大于0.5mm的厚膜萌庆。將厚膜從基體上剝離溶褪，并切割成一定形狀的小塊，再將小塊釬焊在基體刀片（一般為硬質(zhì)合金刀具）上使用踊兜。CVD厚膜金剛石刀具應(yīng)用范圍大于薄膜涂層刀具竿滨。在CIMT2007上，很多國(guó)內(nèi)外刀具公司都有CVD薄膜金剛石涂層刀具產(chǎn)品捏境，但只有少數(shù)廠家有厚膜產(chǎn)品于游。北京東方天地超硬材料工具公司能生產(chǎn)金剛石厚膜刀具產(chǎn)品，并且已有多年的經(jīng)驗(yàn)垫言。厚膜刀具應(yīng)用范圍較廣贰剥，能加工各種有色金屬、非金屬硬材料及顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料等筷频。

PVD涂層新技術(shù)在超硬材料涂層方面的應(yīng)用

　　武漢大學(xué)物理系用直流反應(yīng)磁控濺射法在刀具表面沉積出氮化碳（CxNy）超硬涂層薄膜蚌成，厚度只有幾個(gè)微米，硬度可達(dá)40~50GPa涯馆。CxNy涂層刀具能切削黑色和有色金屬秕刊。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　筆者對(duì)涂層高速鋼和硬質(zhì)合金刀具（刀片）的切削性能進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，進(jìn)行了很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)俺埋。茲介紹部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

　∪隆①在相同的切削條件下，涂層刀具刀片的使用壽命比未涂層刀具（刀片）提高3~5倍俄脂。在相同的切削條件下枫技，相同刀具壽命時(shí)，涂層刀具的切削速度比未涂層刀具提高20~30%相吭。

　⊙沓②在相同的切削條件下领末，涂層刀具（刀片）的切削力小于未涂層者。筆者用涂覆TiC硬質(zhì)合金刀片車(chē)削鋼材與未涂層刀片對(duì)比噩振，主切削力Fc可減小3%~4%痘涧，TiN或TiC/TiN涂層刀片的Fc約可減小6%，進(jìn)給力Ff與切深力Fp的減小尤為顯著钻寿。Al2O3涂層刀片與切削力的減小效果與TiN涂層刀片接近捺氢。

　　③筆者曾用CVD涂層金剛石厚膜刀具剪撬，加工過(guò)硅鋁合金、各種硬鋁悠反、鉛黃銅残黑、無(wú)氧銅、碘化鈦以及纖維增強(qiáng)和顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料等斋否，均取得較好效果梨水。但用作超精密切削的刀具，其效果不如天然金剛石刀具茵臭。

　∫叻獭④筆者曾用CxNy涂層高速鋼鉆頭在高強(qiáng)度鋼上鉆孔，與未涂層鉆頭相比旦委，涂層鉆頭的使用壽命提高7~9倍奇徒。在其他高速鋼刀具上涂覆CxNy，亦有顯著效果缨硝。又曾在硬質(zhì)合金刀片上涂覆CxNy摩钙，用以車(chē)削鋼料，效果尚不夠理想谎拴，其使用壽命不超過(guò)普通TiC涂層硬質(zhì)合金刀片荚谢。

　　中國(guó)的刀具涂層技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚有很大差距，涂層刀具的數(shù)量也差得很遠(yuǎn)呐品，大致只占全部刀具的20%凯挟。其中數(shù)控機(jī)床和加工中心上使用得多一些，在普通的非數(shù)控機(jī)床上則少得可憐垒汉，原因是認(rèn)識(shí)問(wèn)題和價(jià)格等因素辱滤。我們應(yīng)該努力提高刀具涂層技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的水平，大力推廣應(yīng)用涂層刀具淀肿，促進(jìn)切削加工和機(jī)械制造水平的提高媳惦。

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