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CVD金刚石涂层硬质合金刀具研究进展发布时间：2021-05-31T13:48:15.743Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：王冲[导读] 摘要：CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用金刚石作为刀具制作的重要原料，是提高刀具使用效率和使用质量的重要方法，通过对CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究发现，当前限制这种刀具推广的问题为应用金刚石涂层粘合性较差，金刚石成分与刀具表层贴合度较低的情况。
河冶住商工模具有限公司河北石家庄 050000摘要：CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用金刚石作为刀具制作的重要原料，是提高刀具使用效率和使用质量的重要方法，通过对CVD 金刚石涂层硬质合金刀具的研究发现，当前限制这种刀具推广的问题为应用金刚石涂层粘合性较差，金刚石成分与刀具表层贴合度较低的情况。
本文对CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用中存在的问题及相应的解决方式进行总结，希望通过对刀具的合理使用来提高CVD金刚石涂层硬质合金刀具的使用范围和使用能力。
关键词：刀具应用；技术应用创新；刀具粗糙程度随着近年来工业应用发展对金属合金材料的刀具的质量要求越来越高，使用硬质合金材料进行刀具建设工作能够有效提高刀具使用效率。
金刚石材料具有硬度高、传导热量的速度快、产生的摩擦性较低，且耐热性能好的特点，能够更好的适应现代工业刀具使用的各项要求。
CVD金刚石是一种化学气相沉积所形成的材料，使用CVD金刚石进行刀具表层的建设能够更好的增强刀具的硬度，改变刀具建设的复杂程序，通过将CVD与各种复杂形状的刀具进行组合，有效的简化刀具制作步骤，降低建设成本。
一、CVD金刚石涂层硬质合金刀具的应用分析CVD金刚石涂层硬质合金刀具利用化学气相沉积的原理，将刀具表层与CVD金刚石进行融合，通过将CVD气相沉积于刀具表面的方式增强刀具的硬度和切割精确度，提高合金刀具原有的使用性能。
CVD金刚石的合金与刀具之间粘合能力较差，不利于硬质合金刀具的顺利制作。
硬质合金发展现状
在硬质合金的发展现状方面，可以看到以下几个重要的趋势和进展。
首先，硬质合金是一种具有优异硬度和耐磨性能的材料，在众多应用领域中得到广泛应用。
其主要成分是碳化物和金属结合相，通常为钨、钴、钛等。
近年来，随着工业技术的不断发展和进步，硬质合金的应用范围越来越广泛。
其次，硬质合金在机械加工行业中得到了广泛应用。
由于硬质合金具有极高的硬度和耐磨性，使其成为切削工具和磨料等机械加工工具的理想选择。
尤其是在高速切削、高温切削和大规模生产等领域，硬质合金具有得天独厚的优势。
因此，硬质合金的需求量持续增长，市场前景广阔。
第三，随着科学技术的不断进步，硬质合金的研发也取得了重要的突破。
在材料科学、加工技术和工艺改进方面的不断创新，使硬质合金的性能不断提高。
例如，采用纳米晶化技术可以显著提高硬质合金的硬度和强度。
此外，通过优化配方和加工工艺，还可以改善硬质合金的韧性和耐腐蚀性能。
第四，硬质合金在新兴领域中的应用也呈现出不断拓展的趋势。
例如，在航空航天、新能源、生物医疗等领域，硬质合金的应用正逐步扩大。
在航空航天领域，硬质合金可用于制造高温结构零件和航空发动机喷嘴等关键部件；在新能源领域，硬质合金可用于太阳能电池片、风力发电机组等设备。
综上所述，硬质合金在市场需求、研发创新和应用拓展方面均
呈现出蓬勃发展的现状和前景。
随着科学技术的不断进步，相信硬质合金的性能和应用领域还将有更大的突破和发展。
国内外刀具材料发展现状随着现代制造业的不断发展，刀具作为重要的加工工具，在加工领域扮演着重要的角色。
刀具材料的选择直接影响到刀具的使用寿命、加工质量和效率。
因此，刀具材料的发展一直备受关注。
本文将从国内外的角度出发，探讨刀具材料的发展现状。
国内刀具材料的发展目前正处于快速发展阶段。
传统的刀具材料如碳钢、高速钢等仍然占据一定的市场份额，但其在高端领域的应用受到了一定的限制。
近年来，随着精密加工和高效加工需求的增加，新型刀具材料的需求也随之增长。
硬质合金作为一种重要的刀具材料，在国内得到了广泛应用。
硬质合金具有高硬度、耐磨性好的特点，适用于高速切削和重负荷切削。
国内硬质合金刀具材料的生产技术和品质不断提高，已经能够满足大部分加工需求。
除了硬质合金，陶瓷刀具材料也在国内得到了一定的应用。
陶瓷刀具材料具有高硬度、高耐磨性和高热稳定性的特点，适用于高温切削和高速切削。
国内陶瓷刀具材料的研发和生产技术已经取得了一定的突破，但与国外相比，仍然存在一定的差距。
在国外，刀具材料的发展相对较早，并且取得了较大的进展。
高速钢、硬质合金和陶瓷等刀具材料在国外得到了广泛应用。
同时，国外也在不断研发新的刀具材料，如超硬刀具材料、纳米材料等。
这些新材料具有更高的硬度、更好的耐磨性和更高的切削速度，能够满足更为复杂的加工需求。
国外的刀具材料研发也注重环保和可持续发展。
例如，一些国外公司开始研发可回收利用的刀具材料，以减少资源的浪费和环境的污染。
这种趋势在国内刀具材料的研发中也逐渐得到重视。
总的来说，国内外刀具材料的发展现状存在一定的差距。
国内刀具材料在硬质合金和陶瓷等领域取得了一定的进展，但与国外相比仍有较大差距。
国外刀具材料在研发和应用方面相对领先，不断推出新的刀具材料以满足不同的加工需求。
在未来，国内应加大对刀具材料的研发投入，提高刀具材料的品质和性能，以满足国内制造业的需求。
国内外刀具材料的发展现状存在一定的差距，国内刀具材料的发展相对滞后。
超细晶粒硬质合金在刀具材料中的研究进展摘要：基于Gurland的WC-Co合金强度-钴相平均自由程关系模型，开发了超细晶硬质合金。
本文详细探讨了超细晶粒硬质合金刀具材料的研究进展。
关键词：超细晶粒硬质合金；刀具材料；研究进展超细晶粒硬质合金能满足现代加工工业和特殊应用领域对新材料性能的更高要求，极大地促进了硬质合金及其应用领域的技术进步与产业发展水平。
因此，开发高性能超细晶粒硬质合金仍是硬质合金刀具材料研究的热点。
一、超细晶粒硬质合金概述超细晶粒硬质合金是相对细晶粒及亚微细晶粒硬质合金而言，其晶粒尺寸在0.5微米以下。
超细晶粒硬质合金与普通硬质合金在硬度相同的条件下，强度较高；强度相同情况下，硬度较高。
其机理是因粒子变小、WC与WC间的钴会变薄，从而抵抗塑性变形的抗弯强度增加。
二、超细晶粒硬质合金的制备工艺现状1、棒料的成型工艺。
整体硬质合金立铣刀的制造需用超细晶粒硬质合金棒料作为原料,因此超细晶粒硬质合金棒料综合力学性能的提高对立铣刀刀具材料的切削性能具有重要作用。
随着科技的发展,硬质合金棒材的需求量越来越大,成型技术由冷等静压、模压等传统工艺发展到更为现代、经济的挤压成型工艺,质量越来越好,品种越来越多，性能越来越高。
2、超细晶粒硬质合金的烧结工艺1)烧结工艺方法。
烧结是粉料生产致密材料的一个重要过程,经烧结能使材料具有确定的结构和既定的性能。
超细晶粒WC-Co基硬质合金烧结的一个问题是控制晶粒长大并达到完全致密化,因此应尽量降低烧结温度和缩短烧结时间。
可通过添加晶粒长大抑制剂、改变WC-Co内外受热方式和缩短烧结时间、保温时间等因素,降低WC晶粒长大的时间和速度,从而生产出超细晶粒的硬质合金。
目前,用于超细晶粒WC-Co基硬质合金规模化生产的成熟烧结方法有:真空烧结法、低压烧结、真空烧结+热等静压热处理等。
烧结过程的优化控制,对超细晶粒硬质合金材料的显微结构和综合力学性能的优劣起决定性作用。
世界硬质合金材料技术新进展1前言自20世纪20年代德国人Karl Schroeter发明硬质合金以来,其生产技术、产量和应用范围都得到了极大的发展。
200 4年世界硬质合金的总产量约为3.8万吨<1>;我国的硬质合金产量约为1.5万吨,其中矿用合金生产量约为3300吨<2>。
尽管硬质合金的生产历史已久,但近年,基于原材料价格上涨、能源越来越紧缺、环境保护意识的增强、硬质合金产品应用领域的拓宽,以及成本降低等多方面因数的促进,硬质合金在近成型技术、涂层技术、工艺稳定性控制技术、硬质合金梯度材料技术、硬质合金非平衡复合材料技术、硬质合金材料成分-结构-性能关系研究等方面都取得了长足的进步<3>。
本文主要讨论亚微米和超细晶粒硬质合金、超粗晶粒硬质合金、梯度合金以及硬质合金-金刚石复合材料技术等方面的进展。
2亚微米和超细晶粒硬质合金<1>按照硬质合金中WC 平均晶粒度的大小,硬质合金可分为:纳米晶粒硬质合金(WC粒度<0.2μm);超细晶粒硬质合金(0.2μm<WC粒度<0.5ΜM);亚微米晶粒硬质合金(0.5ΜM<WC粒度< 粗晶粒硬质合金(WC粒度0μm<WC粒度<5.0μm);粗晶粒硬质合金(5.0μm<WC粒度<WC粒度6.0μm)。
大约在20年前,硬质合金产品主要是细、中、粗三种,之后亚微米晶粒硬质合金开始得到商业化应用。
大约在1990年之后,超细晶粒硬质合金开始得到商业化应用;与此同时,形成了纳米晶粒硬质合金的研究热潮。
细晶粒硬质合金快速发展的原因是人们发现当WC晶粒减小到亚微米尺寸后,使得硬质合金具有一些很好的使用性能。
表1为相同粘结相表1粘结相含量相同时WC晶粒度减小对硬质合金性能的影响性能提高硬度抗弯强度抗磨粒磨损性能机械疲劳寿命热疲劳裂纹的长度矫顽磁力刃口的锐度PVD涂层的粘着性能性能变化不大密度杨氏模量抗氧化性能热膨胀性能抗热震性磁饱和强度抗腐蚀性性能降低临界缺陷尺寸断裂韧性高温蠕变性能抗扩散磨损性能热疲劳裂纹的数量导热率含量下WC 晶粒度减小对硬质合金性能的影响。
Ξ 文章编号:100622777(2004)022*******硬质合金刀具涂层技术的研究进展傅小明,吴晓东(江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江 212013) 摘 要: 随着涂层技术的进步,使得硬质合金刀具涂层方法在不断地进步,日趋复杂化和多样化;硬质合金刀具涂层种类也在不断地更新,从单一的化合物涂层朝着多元复杂化合物涂层发展,涂层层数也从几层到十几层发展。
本文简要地综述了目前国内外涂层硬质合金刀具的特点,高温化学气相沉积涂层(HT C VD或简称C VD)、物理气相沉积涂层(PVD)、等离子化学气相沉积涂层(PC VD)、中温化学气相沉积涂层(MT C VD)和离子辅助物理气相沉积涂层(I BVD)这5种硬质合金刀具涂层方法的机理、特点和缺点,以及单渗层涂层硬质合金、多渗层涂层硬质合金和新渗层涂层硬质合金这3种硬质合金刀具涂层的特点和应用。
关 键 词: 化学气相沉积;物理气相沉积;涂层;硬质合金;刀具中图分类号: TG1741444 文献标识码: AR esearch on Coating T echniques of Cemented C arbide ToolsFU X iao2ming,W U X iao2dong(School of Materials Science and Engineering of Jiangxu University,Jiangsu Zhenjiang212013,China) Abstract: With the advancement of coating techniques,coating methods of cemented carbide tools make progress continually,the techniques become com plicatedly and diversificatedly.The coating categ ories of cemented carbide tools renewal continually,they develop from single com pounds to com plicated com pounds,coating layers develop from several layers to m ore layers.Mechanisms,virtues and shortcomings of HT C VD(C VD),PVD,PC VD,MT C VD and I BVD are introduced.T raits and appliances of single coating layer,several coating layers and new coating layers are introduced in the article. K ey Words: C VD;PVD;coat;cemented carbide;tool 随着现代机械加工业朝着高精度、高速切削、硬加工代研磨、干加工(无冷却液)保护环境以及降低成本等方向发展,对刀具性能提出了相当高的要求。
硬质合金涂层刀具的进展硬质合金刀具的硬涂层可提高刀具寿命和生产率。
化学气相沉积（CVD）技术已从早期的单涂层进展到现在的由Tic、TiN、TiCN和Al2O3复合多涂层，而且通过选择涂层的次序及涂层的总厚度来充足特种金属切削的要求，尤其是Al2O3涂层可供给包括高的抗扩散性磨损、优良的抗氧化性和高的热硬度等极好的高温性能，所以在铸铁及钢等材料高速加工获得广泛应用。
近年来，刀具制造商已引进中温（MT）CVDTiCN涂层，当使用乙晴作为有机的C/N源，TiCN的沉积大约发生在850℃，而高温CVDTiCN涂层要加热高于1000℃。
MT－TiCN涂层用于车削和铣削时具有很好的耐磨性能，它具有稳定的C/N比，并可削减涂层与硬质合金基体之间界面形成eta相的倾向。
十多年前，物理气相沉积（PVD）已应用于圆柱形硬质合金刀具，包括间断切削和/或一些需要锋利刀刃的金属切削刀片。
最初PVD涂层只限于TiN,而现在工业上已有适用的PVDTiCN和TiAlN涂层，采纳多种不同的PVD技术，如电子束蒸发、溅射、电弧蒸发等。
CVD金刚石涂层采纳了很多金刚石合成技术，最一般的是热丝法、微波等离子法和d、c等离子喷射法。
通过改进涂层方法和涂层的粘结，已生产出金刚石涂层硬质合金刀具，并在加工非铁及非金属材料方面起侧紧要的作用。
近来金刚石涂层刀具已在工业上得到应用。
硬质合金刀具的硬涂层硬涂层的性能切削刀具基体硬涂层的成功是由于涂层的物理和力学性能的复合作用。
从使用的角度来年，涂层应具有稳定的化学稳定性能、热硬度和与基体较强的粘结性能。
优化的涂层厚度、细的显微结构及残余压应力可以进一步提高涂层性能。
化学稳定性涂层材料化学惰性的标准是它的形成标准，自由能的负数很高或在切削温度下它在工件材料的溶解度很低。
至今，CVDAl2O3硬涂层在材材加工中完全可充足这些要求。
无定形PVDAl2O3涂层是软的而且不稳定，因此不如结晶的CVDAl2O3；PVDTiAlN涂层与TiN或TiCN相比，具有较高的稳定性，因此有可能在高速切削加工中获得应用。
1前言随着科学技术的进步，难加工材料的使用日益增多，材料的力学性能不断提高，而且，对加工效率的要求也不断提高，传统的未涂层刀具常常不能适应新的要求。
尽管硬质合金刀具的硬度为89-93.5HRA（1300-1850 HV），但是对于难加工材料的高效加工已不适用。
虽然可以采取各种措施，提高刀具材料的硬度与耐磨性，但同时必然带来刀具材料抗弯强度和冲击韧性的下降，即材料变脆，从而影响刀具的使用性能。
在硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜（如TiC，TiAIN，Al203等）的涂层刀具，结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，降低了刀具与工件之间的摩擦因数，提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性。
因此，涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性，延长了刀具的寿命，这是切削刀具发展的又一次变革。
2硬质合金刀具涂层制备方法硬质合金刀具涂层的制备方法有很多，包括气相沉积、热喷涂、化学热处理、热反应扩散沉积、溶胶凝胶等。
气相沉积应用比较多，制备涂层质量好，己经逐步成为刀具涂层制备方法的主导，气相沉积技术分为化学气相沉积（chemicalvapordeposition，CVD）和物理气相沉积（physicalvapordeposition，PVD）。
2.1化学气相沉积（CVD）化学气相沉积（CVD）属于原子沉积类，是利用气态的先驱反应物通过原子、分子间化学反应的途径生成固态涂层的技术。
基于此特点，CVD过程大多在相对较高的压力和较高的沉积温度环境下进行，因为较高的压力有助于提高涂层的沉积速率，较高的沉积温度可保证化学反应的顺利进行。
早在40多年前，瑞典Sandvik公司和德国Crupp公司研发了化学气相沉积（CVD）涂层技术，1969年向市场推出了CVDTiC涂层硬质合金刀片产品[1]。
此后，美国、日本等国也相继硬质合金涂层刀具研究进展刘海浪1，2，羊建高1，2，黄如愿1，2（1.江西理工大学材料与化学工程学院，江西赣州341000;2.章源钨业股份有限公司，江西赣州341000）摘要：随着现代机械加工工业朝着高精度、高速切削、干式切削技术以及降低成本等方向发展，人们对硬质合金刀具提出了更高的要求，涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性，延长了刀具的寿命。
硬质合金发展现状硬质合金是一种由钨碳化物和钴粉末经过高温烧结而成的高硬度材料，具有优异的抗磨性和耐热性，被广泛应用于工具刀具、矿山钻头、汽车零部件等领域。
在当前的发展现状下，硬质合金正处于不断创新与进步的阶段。
首先，硬质合金的研发水平不断提升。
随着科学技术的不断进步和先进材料研究的推动，硬质合金的制备方法和材料配方得到不断改进和优化。
研究人员不断开发新的碳化物、氮化物和硼化物等材料，通过调节配比和结构设计，提高硬质合金的硬度、抗磨性和耐腐蚀性能。
同时，利用先进的成型工艺和复合技术，将硬质合金应用于更多的领域，拓宽了其应用范围和市场前景。
其次，硬质合金在高新技术领域得到广泛应用。
随着工业化进程的加快和国家经济的快速发展，硬质合金在航空航天、光学仪器、电子器件等高新技术领域的需求日益增长。
硬质合金精密刀具在航天器零件、精密仪器制造中具有重要的应用价值，提高了工件的加工精度和切削效率。
此外，硬质合金细微加工技术在电子器件制造中的应用也越来越广泛，使得电子产品的可靠性和性能得到了提升。
再次，硬质合金在矿业和石油钻探领域得到广泛应用。
由于硬质合金具有高硬度和抗磨性，使得其在矿山钻头和石油钻探工具制造中得到广泛应用。
硬质合金齿轮钻头可在极具挑战性的地质条件下增加钻进速度和钻孔质量，提高了钻孔效率和生产效益。
此外，随着国内矿产资源的开采难度的增加和对钻井技术要求的提高，硬质合金在煤炭、石油、铁矿等资源勘探领域也有着广阔的市场前景。
最后，为了满足市场需求和环境保护要求，硬质合金制造技术正向着绿色、高效和可持续发展方向发展。
通过改良原材料的粒度和结合相的比例，探索绿色环保的粉末冶金新技术和新方法，减少有害废物的产生和能源的消耗。
同时，研究人员还在研发硬质合金的再生工艺和材料回收技术，提高资源利用效率，降低生产成本。
总之，硬质合金作为一种具有重要应用前景的高硬度材料，其发展现状前景广阔。
不断提升的研发水平、广泛应用于高新技术和矿业领域、注重绿色、高效和可持续发展等，都为硬质合金的发展注入了新的动力和机遇。
硬质合金刀具的高效制造技术研究硬质合金刀具是现代制造业中不可或缺的重要工具，广泛应用于车削、铣削、钻孔等加工领域。
其中，高效制造技术是提升硬质合金刀具制造质量和效率的重要手段，近年来受到了广泛关注。
本文将从材料选型、制造工艺和表面处理三方面探讨硬质合金刀具高效制造技术的研究现状与发展趋势。
一、材料选型硬质合金刀具的制造材料主要是钨钴硬质合金，钨钴硬质合金作为一种高强度、高硬度、高耐磨性的材料，已经应用于制造切削工具超过八十年。
现如今，不断有新的合金、新的粉末生产工艺被引入到硬质合金的生产中，材料性能得到了极大提升。
以钨钴合金为例，随着粉末冶金技术的不断发展和进步，硬质合金刀具的制造材料的制备工艺也随之改进。
在不改变主要元素的情况下，添加微量元素和控制晶粒尺寸可以提高合金的硬度和抗磨性。
同时，采用不同的生产工艺和成型方式，也可以有效地改善硬质合金的性能。
二、制造工艺硬质合金刀具的制造工艺主要包括粉末制备、成型、烧结、刃磨、涂层等多个过程。
其中，烧结是硬质合金刀具成型的核心过程，对于刀具的性能和寿命有着决定性的影响。
烧结工艺主要包括加热、脱蜡、预压、烧结、退火等多个过程。
其中，烧结温度和烧结时间对硬质合金刀具的性能具有至关重要的影响，烧结时间过短会导致烧结不完全，硬度低，抗磨性能差；烧结时间过长则会导致晶粒长大，硬度下降，抗磨性能变差。
同时，在制造工艺中，还需要注意刀具的成型几何形状、尺寸精度、表面质量等，这些工艺参数对于硬质合金刀具的性能也有着重要的影响。
三、表面处理硬质合金刀具在切削加工过程中，与工件产生强烈的摩擦磨损，因此对于表面的涂覆处理也具有至关重要的意义。
表面涂层的目的是提高切削工具的性能指标，例如耐磨性、耐热性、抗氧化性等。
近年来，越来越多基于物理和化学方法的表面处理技术被应用于硬质合金刀具的制造中，提高了刀具的使用寿命和效率。
典型的表面处理技术包括化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入、溅射等方法。
硬质合金刀具在金属切削中的应用研究摘要：硬质合金刀具作为一种重要的刀具材料，在金属切削领域中具有广泛的应用。
本文通过分析硬质合金刀具的特性，探讨了其在金属切削中的应用研究现状及面临的挑战，并提出了未来的发展方向。
关键词：硬质合金刀具，金属切削，应用研究引言硬质合金刀具是根据研究人员对金属切削工艺发展的需要而设计的一种高性能切削工具。
它由金属粉末和添加剂经热处理而成，具有高硬度、高强度、耐磨损等优点，适用于对各种金属进行高效切削。
本文旨在通过对硬质合金刀具在金属切削中的应用研究进行系统的探讨，为相关行业的工程师和研究人员提供一定的参考和指导。
硬质合金刀具特性硬质合金刀具是由钴基或镍基合金粉末和一定比例的超硬颗粒（通常是碳化钨）以及其他辅助材料混合制备而成。
其具有以下特性：1. 高硬度：硬质合金刀具的硬度通常在80-95HRA之间，可以切削各种硬度的金属材料。
2. 高强度：硬质合金刀具具有较高的强度和刚性，可以在高速切削过程中保持较好的刚性，减少刀具变形和震动。
3. 耐磨损性：硬质合金刀具的超硬颗粒具有优异的耐磨损性，能够在长时间的切削过程中保持刀具的良好切削性能。
4. 耐热性：硬质合金刀具由于添加了合适的金属粉末，能够有效降低切削过程中的热膨胀和高温脆断现象。
硬质合金刀具在金属切削中的应用研究现状硬质合金刀具在金属切削领域中具有广泛的应用，已经取得了一系列显著的研究成果。
以下是一些典型的应用研究案例：1. 切削性能研究：许多研究人员针对硬质合金刀具的切削性能展开了深入的研究。
他们通过设计不同切削参数和刀具结构，评估了硬质合金刀具的切削力、切削温度、刀具磨损等指标，提出了切削性能优化的方法和策略。
2. 表面质量优化：硬质合金刀具在金属切削中的应用还涉及到对工件表面质量的要求。
一些研究人员通过控制切削参数和采用特殊的刀具结构，成功提高了金属加工的表面光洁度和粗糙度。
3. 刀具寿命评估：硬质合金刀具的使用寿命直接影响到加工成本和工艺效率。
硬质合金刀具在金属切削中的应用展望与技术挑战引言：随着制造业的快速发展，金属切削技术在工业生产中扮演着至关重要的角色。
而在金属切削过程中，硬质合金刀具作为一种重要的切削工具，其应用范围广泛，对于提高加工效率和质量至关重要。
然而，随着工业对于精度和效率的不断要求提升，硬质合金刀具在金属切削中仍然面临着一些技术挑战。
一、硬质合金刀具在金属切削中的应用展望：1. 提高加工效率：硬质合金刀具具有较高的硬度和耐磨性，使其在金属切削中具备良好的切削性能。
随着制造领域对产品的加工效率要求的提升，硬质合金刀具将能够更加广泛地应用于高速切削、高效切削等领域，提高加工效率。
2. 提高切削质量：硬质合金刀具具备良好的刚性和稳定性，能够在切削过程中保持较低的振动和变形，从而提高加工表面的光洁度和精度。
未来，硬质合金刀具将继续在高精度加工领域发挥重要作用，提供更好的切削质量。
3. 拓展应用范围：随着新材料和新工艺的不断涌现，对于硬质合金刀具在金属切削中的应用提出了更高的要求。
未来，硬质合金刀具将面临更加多样化、复杂化的金属材料的切削需求，需要不断拓展其切削能力和适应性。
二、技术挑战：1. 高温切削：在高速、高温下进行金属切削是当前工业制造中的重要挑战之一。
高温会导致硬质合金刀具表面的涂层脱落、刀具变形等问题，进而降低切削质量和寿命。
因此，解决硬质合金刀具在高温切削中的稳定性和耐用性，是当前需要攻克的技术难题。
2. 高精度加工：随着制造业对于产品精度要求的提升，硬质合金刀具需要具备更高的精度和稳定性。
然而，硬质合金刀具的制造工艺和刀具磨损等问题仍然影响着其在高精度加工领域的应用。
如何提高硬质合金刀具的制造工艺、磨损预测和刀具修复技术，是需要解决的技术难题。
3. 新材料切削：随着新材料的不断发展，诸如高锰钢、钛合金等具有较高硬度和耐磨性的材料越来越广泛地应用于工业制造领域。
然而，这些新材料的切削性能较差，对硬质合金刀具的耐磨性和切削效率提出了更高要求。
硬质合金的发展及现状现代工程材料硬质合金（Hardmetal）是一种以钨（W）或钨-钴（WC-Co）为主要成分的复合材料，由于其优异的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，被广泛应用于现代工程材料中。
它的发展历史可以追溯到20世纪初，经过了一个世纪的发展，硬质合金已经成为了重要的产业和技术领域。
硬质合金最早被用于制造切割工具，如刀片和铣刀。
由于其高硬度和耐磨性，硬质合金刀具在切削过程中具有较高的切削速度和较长的使用寿命，可以大大提高生产效率和降低生产成本。
随着机械化工业的快速发展，对切削工具的需求不断增加，硬质合金也得到了快速的发展。
硬质合金的应用范围迅速拓展，不仅用于切削工具，还广泛应用于钻头、研磨头、车削刀具、轧辊等领域。
此外，硬质合金还用于制造粉末冶金模具、矿山工具、石油钻头、喷嘴、零件和齿轮等。
随着科学技术的不断进步，硬质合金的材料性能得到了进一步的提高，可用于更多的领域。
目前，硬质合金的发展已经进入了一个相对成熟的阶段。
在复杂环境和高温高压等恶劣条件下，硬质合金仍然能够保持较好的性能，这使得它在航天、能源、化工等领域得到了广泛应用。
同时，随着技术的不断进步，新型硬质合金材料的研发也得到了重视。
例如，针对特定应用需求，人们研制出了超硬合金（如氮化硼、碳化硅等）和纳米硬质合金等新材料。
这些材料具有更高的硬度和耐磨性，可以满足更苛刻的工况要求。
对于硬质合金的未来发展，人们普遍认为，其应用领域将会进一步拓展。
随着科技进步和制造业的转型升级，对于工程材料性能的要求也会不断提高。
硬质合金作为一种优异的工程材料，将会在诸多领域发挥更重要的作用。
同时，随着新材料、新技术的不断涌现，硬质合金也将不断进一步优化和发展，以满足各种工程需求。
综上所述，硬质合金作为一种优秀的现代工程材料，已经取得了显著的发展成就。
它在切削工具、钻头、研磨头等领域得到了广泛应用，并且在航天、能源、化工等领域中也获得了重要地位。
未来，硬质合金的发展前景广阔，将会在更多领域中发挥重要作用，并且随着科技的进步，它的材料性能将会不断得到提高和优化。
第25卷第1期2010年2月Vol．25，No．1Feb ．2010China Tungsten Industry 收稿日期：2009－12－24基金项目：科技部支持项目（2009ZX04012-023）：高效可转位刀具系列及超硬工具的研究及产业化作者简介：李力（1984-），男，河南洛南人，硕士研究生，从事粉末冶金制备硬质合金刀具方面的研究。
文章编号：1009－0622(2010)01－0045-05硬质合金刀具新技术研究进展李力，栾道成，胡涛，张崇才（西华大学，四川成都610039）摘要：随着硬质合金研究的进展，硬质合金刀具已在越来越多的领域代替常规刀具材料。
笔者从硬质合金刀具的性能和应用、烧结技术、及表面加工等方面，综合评述了近年来国内外硬质合金刀具新技术的研究成果。
关键词：硬质合金刀具；烧结技术；表面加工中图分类号：TG135+.5文献标识码：A0引言随着加工工业的发展，现代刀具材料向着高精度、高速切削、干式切削和降低成本等方向发展[1]。
硬质合金以其优良的性能正在更多的场合替代其他的刀具材料。
它是由难熔金属化合物和金属黏结剂经粉末冶金方法制成的工具材料。
其硬度为HRA89~94，远高于高速钢，且具有化学稳定性好、耐热性高等优点。
据文献[2]报道，发达国家90%以上的车刀和55%以上的铣刀都采用硬质合金材料，而且比重仍在增加。
另外，硬质合金也用来制造钻头、端铣刀。
作为加工硬齿面的中、大模数齿轮刀具和铰刀、立铣刀、拉刀等复杂刀具也日益增多。
1新型硬质合金刀具现阶段国内外比较常用的硬质合金刀具采用的是WC 基硬质合金，近年来又出现了TiC （N ）基硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层硬质合金等刀具新品种[3]。
1.1碳（氮）化钛基硬质合金刀具这类硬质合金是以TiC （N ）为主要成分的TiC （N ）-Ni-Mo 合金（金属陶瓷）。
它的硬度高（HRC 可达到94~95）、耐磨性好且高速切削钢料时磨损率低。
此外，它的抗氧化性好、耐热性好（1000℃以上也可以加工）、化学性能稳定。
可以用来制造高速精加工用的刀具材料，填补了WC 基硬质合金和陶瓷刀具材料的空白。
钨资源在世界多数国家比较匮乏，随着钨资源的短缺，研发少含或不含钨的刀具材料有重要的战略意义[4]。
TiC （N ）基硬质合金已经有接近陶瓷材料的硬度和耐热性，而韧性又远远超过陶瓷材料。
这种硬质合金用Ni 作为粘结剂，并加入Mo 或MoC 2。
人们把TiC 基和TiCN 基硬质合金称为金属陶瓷[5]。
金属陶瓷刀具的不足之处主要是韧性不够高和切削刃抗塑性变形的能力不够强，因此不适用于粗加工，也不适于淬硬钢和冷硬铸铁等硬脆材料的加工。
近年来，为了增加金属陶瓷材料的韧性，很多学者进行了相关研究，并取得了一定的成效。
以日本京瓷（Kyocera ）公司的产品为例，说明金属陶瓷刀具材料的新发展：发展和使用了TiCN-NbC 和TiC-TiN 基金属陶瓷，其性能进一步提高；发展了超细晶粒金属陶瓷，其平均晶粒为0.6μm ，抗弯强度达到2.5Gpa ；发展了涂层金属陶瓷，采用PVD 涂层技术，涂层用TiAlN 材料，性能高于无涂层者。
1.2超细晶粒硬质合金刀具文献[6-7]的研究表明：当WC 晶粒度足够小（≤0.5μm ），及达到超细晶粒尺度时，硬质合金的硬度和强度都可以得到较大的提升，达到高硬度和高强度的统一。
超细晶粒硬质合金是一种高硬度、高强度和高耐磨性兼备的硬质合金，它的WC 粒度一般为0.1~0.2μm 以下，大部分在0.5μm 以下，是普通硬质合金WC 粒度的几分之一到几十分之一。
具有第25卷硬质合金的高硬度和高速钢的强度。
其硬度HRA 一般为90~93，抗弯强度为2000~3500MPa ，比含钴量相同的普通WC-Co 硬质合金要高[8]。
不同晶粒度硬质合金的切削性能如表1[9]。
表1不同晶粒度WC 硬质合金刀具切削性能超细晶粒硬质合金适合于在高速钢刀具耐磨性不够及由于振动引起传统的硬质合金磨损或因切削速度过低而不宜使用传统硬质合金的情况下使用。
对于一些涂层刀片不能发挥其优越性的情况下，这种材料更能显示其独特的效果。
超细硬质合金刀具不仅可以加工有色金属、黑色金属，还可以加工淬硬的钢材、耐热耐蚀不锈钢、宇航用高温合金、木制品、玻璃纤维等，而且可以制成切削刀片和整体硬质合金刀具，进行高效精密加工。
在先进刀具材料中，它已经占据主导地位[10-12]。
在切削速度为300m/min 的高速切削状态下，可以长时间加工60HRC 以下的钢材材料。
如在Gr 17Ni 2上镗孔时，刀具刃磨一次可加工的工件数为：YT15为4~5件，YT05为29~50件，而用YS2车刀可达到90~140件[13]。
由于超细硬质合金刀具晶粒极细，可以磨得非常锋利、光洁，可以用于制造各种精密刀具和用于数控车床。
2硬质合金刀具材料的烧结新技术烧结技术是决定硬质合金组织和性能的关键步骤，也直接影响刀具材料的性能[14]。
在烧结过程中需要着重注意两个问题，烧结温度的控制和晶粒粒度的控制。
如何在尽量低的烧成温度下达到合金的完全致密和烧结过程中的晶粒长大的合理控制是烧结技术的发展方向。
以下总结几种新式的烧结技术。
2.1放电等离子烧结放电等离子烧结（SPS ）是一种新型的烧结技术，它通过直接在颗粒之间通入脉冲电流进行加热烧结。
在SPS 烧结过程中，电极通入直流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体内部各个颗粒均匀地自身产生焦耳热并使颗粒表面活化，利用颗粒内部自身发热进行烧结[15-16]。
这种放电直接加热法，热效率极高，放电点的弥散分布能够实现均匀加热，因而容易制备出均质、致密、高质量的烧结体。
由于升温速率快，直接跳过了表面扩散过程，有效的控制晶粒尺寸。
余洋等[17]对比研究了放电等离子烧结和传统真空烧结超细WC-Co 硬质合金的组织和性能。
结果显示：SPS 烧结时间只有真空烧结的1/26，晶粒更细，硬度提高1.5%，抗弯强度提高12.6%。
另外放电等离子烧结和传统真空烧结合金的力学性能比较如表2。
表2SPS 与真空烧结硬质合金力学性能2.2微波烧结微波烧结是近十几年来发展起来的一种新型烧结技术，它与常规加热方法有显著的不同。
微波烧结通过微波与烧结材料的相互作用使烧结材料内部的原子、分子或离子的动能增加，故材料的烧结活化能降低，扩散系数提高，可实现低温快速烧结，即细粉来不及长大就已被烧结，是制造细晶材料的有效手段[18-22]。
E Breval et al [23]微波烧结制成了WC/Co 金属基复合材料，并发现增强体WC 颗粒细小、分布均匀，其力学性能明显优于传统烧结。
微波烧结有以下几个优点：显著降低了烧结温度，最高可达500℃；降低能耗；缩短烧结时间，提高致密度，细化晶粒。
但是微波烧结过程中容易出现热失控效应，对烧结体加热不均匀，从而影响产品性能。
另外适合工业生产的大功率微波炉在制造上有很大困难，微波烧结还不能大规模用于生产。
2.3其他烧结方式除了上述烧结技术以外，还有一些新的烧结技术不断被研发出来。
如激光烧结、二阶段烧结[24]、热挤压烧结等烧结方式。
锻造烧结则通过粉末的高温塑性可有效地消除空隙。
这些烧结方法可以从一定程度上细化晶粒，得到致密的硬质合金材料。
3硬质合金刀具的表面加工新技术采用新技术对硬质合金刀具的表面加工可以提高刀具的耐用度和使用寿命，对机械工业的发展有着重要的意义。
3.1涂层技术涂层硬质合金是在硬质合金基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜WC 硬质合金刀具牌号WC 晶粒度/μm 硬度（HRA ）断裂韧性/（MPa ·m 1/2）H/KcM 1/2密度/（g ·cm -3）YH6F 0.1396.19.5226314.7YU060.3093.89.1225314.7YF060.5091.58.8204614.9YL101.7090.97.9200014.9烧结方式晶粒尺寸/nm致密度/%硬度（HRA ）抗弯强度/MPa SPS1150℃23099.391.11704SPS 1200℃33099.590.61604VAS53099.889.2142446第1期李力，等：硬质合金刀具新技术研究进展（如TiC、TiAlN、Al2O3等）。
结合了基体的高强度、高韧性和涂层的高硬度、高耐磨性的优点。
既降低了刀具的磨损又保证了基体韧性，延长了刀具的使用寿命，是刀具发展的又一次革命[25]。
涂层硬质合金刀具有比基体更高的硬度及耐磨性，有高的耐热性(可800~1000℃)。
如在常温时的硬度为HV2000，在1000℃时仍能保持HV1000，而未涂层硬质合金却下降到HV500。
涂层硬质合金刀具比未涂层硬质合金耐用度高(一般可提高1～3倍，高的可达5～10倍)，切削速度高,进给量及切削深度大。
在用涂层刀片车削中,进给量高达0.51～0.76mm/r，同时切削深度达6.35～7.6mm也是不罕见的。
因此,能极大提高效率,改善工件表面质量,是近些年来硬质合金领域中取得的最大成就之一。
目前，涂层硬质合金刀具的发展方向主要有以下几点[26]：3.1.1涂层成分多元化随着加工工业的发展，单一成分涂层已经无法满足生产需求。
而且由于涂层和基体之间膨胀系数和晶体类型不同，很容易产生残余应力，结合力不强。
在单元涂层中加入新元素（如加入Al、Cr和Y 提高抗氧化性，加入Zr、V、B和Hf提高抗磨损性，加Si提高硬度和抗化学扩散）制备多元的涂层，大大提高刀具的综合性能。
目前应用最广泛的多元涂层是TiCN和（Ti、Al）N涂层。
TiCN涂层可在涂覆过程中控制C和N的成分来提高涂层的性能，形成梯度结构来降低内应力和阻止裂纹扩展，提高韧性。
（Ti、Al）N涂层有很高的硬度和抗氧化能力，比TiN涂层刀具更能有效地用于连续高速车削，也适合于加工铁合金、镍合金不锈钢等工件。
成都工具研究所研制出Ti-C-N-O-Al和Ti-C-N-B两个系列共三种高性能多元复合涂层，具有优异的复合机械性能和优良的切削性能。
主要用于汽车刀具及Hertel系列螺纹梳刀片上[27]。
3.1.2涂层结构的多层化随着高速和干式切削加工技术的进步，单层涂层已不能满足苛刻的工作条件。
采用多层涂层的方法既可以充分利用单层涂层优良的力学性能，又可以进一步提高其硬度、韧性和抗氧化性，还可以改善涂层和基体的结合方式。
是目前提高刀具性能的重要研究方向。
图1显示了涂层从单层到多层的结构变化[28]。
目前研究和应用较多的是双层涂层和3~7层（b）（c）（a）（a）单层涂层（b）三层涂层（c）多层涂层图1涂层由单层到多层时界面结构的变化的多层复合涂层。
涂层的成分更具有针对性和成分的复杂化，另外涂层的厚度也趋向纳米化，每一层的成分和厚度都可以根据实际情况来控制。
