刀具涂層的兩個大類

      刀具涂層技術通常可分為化學氣相沉積（CVD）技術和物理氣相沉積（PVD）技術兩大類，分別評述如下。

一、CVD技術的發展

       二十世紀六十年代以來，CVD技術被廣泛應用于硬質合金可轉位刀具的表面處理。由于CVD工藝氣相沉積所需金屬源的制備相對容易，可實現TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等單層及多元多層復合涂層的沉積，涂層與基體結合強度較高，薄膜厚度可達7～9μm，因此到八十年代中后期，美國已有85%的硬質合金工具采用了表面涂層處理，其中CVD涂層占到99%；到九十年代中期，CVD涂層硬質合金刀片在涂層硬質合金刀具中仍占80%以上。

       盡管CVD涂層具有很好的耐磨性，但CVD工藝亦有其先天缺陷：一是工藝處理溫度高，易造成刀具材料抗彎強度下降；二是薄膜內部呈拉應力狀態，易導致刀具使用時產生微裂紋；三是CVD工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環境污染，與目前大力提倡的綠色制造觀念相抵觸，因此自九十年代中期以來，高溫CVD技術的發展和應用受到一定制約。

八十年代末，Krupp.Widia開發的低溫化學氣相沉積（PCVD）技術達到了實用水平，其工藝處理溫度已降至450～650℃，有效抑制了η相的產生，可用于螺紋刀具、銑刀、模具的TiN、TiCN、TiC等涂層，但迄今為止，PCVD工藝在刀具涂層領域的應用并不廣泛。九十年代中期，中溫化學氣相沉積（MT-CVD）新技術的出現使CVD技術發生了革命性變革。MT-CVD技術是以含C/N的有機物乙腈（CH3CN）作為主要反應氣體、與TiCL4、H2、N2在700～900℃下產生分解、化學反應生成TiCN的新工藝。采用MT-CVD技術可獲得致密纖維狀結晶形態的涂層，涂層厚度可達8～10μm。這種涂層結構具有極高的耐磨性、抗熱震性及韌性，并可通過高溫化學氣相沉積（HT-CVD）工藝在刀片表面沉積Al2O3、TiN等抗高溫氧化性能好、與被加工材料親和力小、自潤滑性能好的材料。MT-CVD涂層刀片適于在高速、高溫、大負荷、干式切削條件下使用，其壽命可比普通涂層刀片提高一倍左右。目前，CVD（包括MT-CVD）技術主要用于硬質合金車削類刀具的表面涂層，涂層刀具適用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。采用CVD技術還可實現α-Al2O3涂層，這是PVD技術目前難以實現的，因此在干式切削加工中，CVD涂層技術仍占有極為重要的地位。

二、PVD技術的發展

PVD技術出現于二十世紀七十年代末，由于其工藝處理溫度可控制在500℃以下，因此可作為最終處理工藝用于高速鋼類刀具的涂層。由于采用PVD工藝可大幅度提高高速鋼刀具的切削性能，所以該技術自八十年代以來得到了迅速推廣，至八十年代末，工業發達國家高速鋼復雜刀具的PVD涂層比例已超過60%。

PVD技術在高速鋼刀具領域的成功應用引起了世界各國制造業的高度重視，人們在競相開發高性能、高可靠性涂層設備的同時，也對其應用領域的擴展尤其是在硬質合金、陶瓷類刀具中的應用進行了更加深入的研究。研究結果表明：與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600℃以下時對刀具材料的抗彎強度無影響；薄膜內部應力狀態為壓應力，更適于對硬質合金精密復雜刀具的涂層；PVD工藝對環境無不利影響，符合現代綠色制造的發展方向。隨著高速切削加工時代的到來，高速鋼刀具應用比例逐漸下降、硬質合金刀具和陶瓷刀具應用比例上升已成必然趨勢，因此，工業發達國家自九十年代初就開始致力于硬質合金刀具PVD涂層技術的研究，至九十年代中期取得了突破性進展，PVD涂層技術已普遍應用于硬質合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。