硬质合金刀具涂层的种类及特性

硬质合金涂层是什么？

硬合金涂层是一种耐磨涂层方法（如化学气相沉积、物理气相沉积等）。TiC或TiN等薄层。

由于其硬度、强度和耐磨性高，被称为工业牙齿，可用于制造切割工具、刀具、钻具和耐磨部件，广泛应用于军事、航空航天、钻井、矿山工具等领域。然而，硬合金的强度和硬度不能同时满足现代工业合金的发展需要，因此可以提高硬合金耐磨性的涂层应运而生。

涂层适用于工具表面，可提高切削效果，提高工具寿命和生产效率。

◆ 涂层的种类

⊙ TiN Coating

为了在工具表面提高涂层效果Titanium Nitride(TiN)涂层处理。

⊙ TiCN Coating

在切削刃上增加机械应力的高强度或在切削软钢时发挥优异作用，因此在工具表面进行Titanim Carbon Nitride

(TiCN）涂层处理。

⊙ TiAlN Coating

连续高速切割与干式切割相同。当工具刃受到高热时，它可以在工具表面发挥出色的作用Titanim

Alumium Nitride(TiAIN)涂层处理。

⊙ AlCrN Coating

在一般加工和极限加工应力的条件下，工具表面具有优异的内磨性、高温硬度和内产化性 Aluminum

Chrome Nitride(AlCrN)涂层处理。

⊙ X-5070 Coating

⊙ Diamond Coating

TiN TiCN TiAlN AlCrN X-5070 Diamond

Coating Coating Coating Coating Coating Coating

◆ TiN，TiCN涂层Tool的特性

特 性 TIN TICN TiAIN TiAIN Diamond X-POWER (JET-POWER) D-POWER) 涂层颜色 gold-yellow blue-grey violet-grey violet-grey black-grey 涂层厚度(HV 0.05) 2300 3000 3500 3000 8000 涂层厚度(㎕) 1~4 1~4 1~3 1~5 6~30 工作温度较高(℃) 600 400 800 800 摩擦系数(强干切割) 0.4 0.4 0.4 0.4

涂层的作用

涂层主要是为了进一步提高硬质合金的耐磨性，延长合金工具的使用寿命

1.提高硬质合金刀具的使用性能；

2、需要高速切割和高速加工；

3.机械加工需要航空耐热合金、复合材料、硬材料等难加工材料。

硬合金涂层的特点

硬质合金涂料的制备工艺

硬合金涂料的制备工艺主要包括高温化学气相沉积、物理气相沉积、等离子化学气相沉积和离子辅助物理气相沉积。不同的工艺有不同的涂层机制、优缺点。

涂层工艺

刀具涂层技术通常分为化学气相沉积（CVD）沉积物理气体（PVD）两大类。

1)化学气相沉积（CVD）

CVD该技术广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。CVD单层和多层复合涂层的沉积可以实现，涂层与基体的结合强度高，薄膜厚度厚，可达7~9um，耐磨性好。 涂层方法用CVD切削刃应提前钝化(钝圆半径一般为0.02~0.08mm，切削刃的强度随钝圆半径的增加而增加)，因此刃口不如无涂层刀片锋利。因此，应使用对精加工产生薄切屑、切削刃锋利的刀具PVD法。涂层不仅可以涂在普通的切割刀片上，还可以涂在整个刀具上。目前已发展到焊接硬质合金刀具上。CVD涂层刀具适用于高速粗加工和中重切削半精加工。

2)物理气相沉积（PVD）

物理气相沉积（PVD）这些携带能量的蒸汽离子通过蒸发或溅射等物理方法从靶源中取出，然后通过真空或半真空空间沉积到基板或零件表面形成膜。与CVD工艺相比，PVD工艺温度低(较低至80)°C），在600°C以下对工具材料的抗弯强度基本无影响；薄膜内应力状态为压力应力，更适用于硬合金精密复杂工具的涂层。

PVD真空阴极弧物理蒸发和真空磁控离子溅射主要有两种方法。

(1)真空阴极弧物理蒸发（ARC）

真空阴极弧的物理蒸发过程包括在靶材上激发高电流和低电压的电弧，并产生连续的金属离子。60~1000被离子金属离子eV在含有惰性其他或反应气体的真空环境中，平均能量蒸发形成高度激发的离子束，沉积在被镀工件表面。真空阴极弧物理蒸发靶材的离化率约为90%，因此沉积膜比真空磁控离子溅射具有更高的硬度和更好的结合力。

(2)真空磁控离子溅射（SPUTTERING）

氩离子在真空磁控离子溅射过程中，被加速到负电压阴极靶上。离子与阴极的碰撞使目标溅出4~6的平均能量eV这些金属离子沉积在靶前的镀工件上，形成涂层膜。由于金属离子能量低，涂层的结合力和硬度也比真空阴极弧差，但由于其优良的表面质量，广泛应用于具有表面功能和装饰性的涂层领域。

涂层种类

硬合金工具涂层技术更好地解决了工具强度、添加合金元素和多层涂层组合，更好地解决了工具强度和韧性之间的矛盾，提高了涂层的韧性，以适应不同的切割条件，大大提高了工具的耐久性和切割速度。目前的发展方向是涂层成分、涂层结构、工艺组合和基体结构梯度。常用的涂层类型如下图所示：