1 概述
沉积化学气相(CVD)在硬质合金刀片表面涂上耐磨涂层TiC或TiN、HfN、Al2O三等薄层，形成表面涂层硬质合金。这是现代硬质合金开发技术的重要进展。西德克虏伯和于1969年开发TiC涂层硬质合金刀片首次投放市场。1970年后，美国、日本和其他国家也开始生产这种刀片。三十多年来，涂层技术取得了很大进展。涂层硬质合金刀片已从第一代、第二代发展到第三代、第四代产品。
涂层硬质合金刀片一般制成可转位风格。用机夹卡在刀杆或刀体上。它有以下优点:
1)由于表面涂层材料具有较高的硬度和耐磨性，与非涂层硬合金相比，涂层硬合金可以采用较高的切割速度，提高加工效率；或者在相同的切割速度下大大提高工具的耐久性。
2)由于涂层材料与加工材料之间的摩擦系数较小，与未涂层刀片相比，涂层刀片的切削力有所降低。
3)涂层刀片加工时，表面质量较好。
4)由于综合性能好，涂层刀片具有良好的通用性。涂层牌号刀片适用范围广。
2 涂层工艺
较常用的硬合金涂层方法是高温化学气相沉积法(以下简称HTCVD法)是在常压或负压沉积系统中纯化的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等气体或蒸汽，根据沉积物成分，将相关气体按一定比例均匀混合，依次涂抹在一定温度(一般为1万℃～1050℃)硬合金刀片表面，即沉积在刀片表面TiC、TiN、Ti(C，N)或Al2O三是它们的复合涂层。反应方程总结如下：TiCl4 CH4 H2TiC 4HCl H2 TiCl4 ½N2 2H2TiN 4HClTiCl4 CH4 ½N2 H2→Ti(C，N) 4HCl H22A1Cl3 3CO2 3H2→Al2O3 3CO 6HCl用PCVD(等离子体化学气相沉积)由于涂层工艺温度低(7000)，也应用于硬质合金刀片表面的涂层°～800°)，因此，刀片的抗弯强度较小，更适合铣刀片。
涂层前，必须净化基体刀片表面，钝化切削刃。涂层后，由于涂层材料和基础材料的线膨胀系数不同，涂层刀片表面不可避免地产生残余张力，降低了刀片的弯曲强度。通常用TiC薄层先涂在基体表面，因为TiC线膨胀系数较接近基体材料；外涂TiN、Al2O3等。过去使用单涂层材料TiC，多用于双层涂料TiC/TiN、TiC/Al2O三、三层涂料材料多用TiC/Ti(C，N)/TiN、Tic/Al2O3/TiN等。近年来，随着基体材料的改进，涂层材料也很有用TiN垫底的，即TiN/TiC/TiN等待涂层材料HfN、MoS2等。
3 国内涂层硬质合金的研发
硬质合金在国内研究CVD涂层技术和刀片的开发始于20世纪70年代初，但80年代才真正形成生产能力，大量推广应用。1983年，株洲硬质合金厂从瑞士出发Bernex公司引进了HTCVD生产涂层炉及精磨、刃口钝化等配套设备CN系列和CA涂层硬质合金刀片系列，基体刀片采用国产品牌号(见表1)。后来，工厂从瑞典出发Sandvik公司引进设备和涂层技术，生产YB涂层硬质合金刀片系列，基体采用特殊材料(表2)。其中YB120、YB320是铣削牌号，其他主要用于车削。
近年来，自贡硬质合金厂推出了品牌ZC21涂层刀片。其基体为梯度结构材料，涂层材料为TiC/TiN，密度为13.0～14.0g/cm3，抗弯强度≥1.6GPa，可用于间歇切割或连续切割。
4 涂层硬质合金刀具的应用范围
由于涂层工艺后，基体刀片的韧性和抗弯强度不可避免地降低，加上涂层材料的化学性质，涂层硬合金刀片仍只有一定的应用范围。可用于各种碳结构钢、合金结构钢（包括正火和质量调节）、易切割钢、工具钢、马氏体不锈钢和灰铸铁的精加工、半精加工和较轻负荷的粗加工。涂层刀片较适合连续车削，但也可用于模拟车削、冲击力小的间歇车削和一些铣削工艺。近年来，涂层刀片也用于切割和汽车螺纹。但是，TiC和TiN涂层刀片不适用于高温合金、钛合金、奥氏体不锈钢、有色金属(铜、镍、铝、锌等纯金属及其合金)。涂层刀片不宜用于粗加工、表面有严重夹砂和硬皮的铸件。
5 切削实验
涂层硬质合金刀片表面TiC、TiN、Ti(C，N)、Al2O3.硬度高的薄层耐磨性强:作者曾使用过HTCVD法TiC单层涂层的WC基质硬质合金刀片为基体YW1/TiC，与未涂层的WC基合金YT15、YT30 TaC、TiC基合金YN05、车削对比。工件材料为60Si2Mn(凋质高强度钢，HRC40)，切削量αp =0.5mm，f=0.2mm/r，ν=115m/min。刀具几何参数γ0=4°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rE =0.8mm。分别测量车刀后刀面磨损情况VB月牙洼与前刀面磨损KT，刀具磨损曲线如图1、图2所示。可以看出，YW1/TiC涂层刀片的耐磨性不仅远高于YT15(P而且还高于10YT30 TaC、(P甚至高于01TiC基合金YN05(P01)；而且抗月牙洼磨损的耐磨性特别显著。
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