硬质合金的涂层技术

超硬材料涂层1.金刚石、类金刚石（DLC）涂层金刚石涂层是新型刀具涂层材料之一。

它利用低压化学气相沉积技术在硬质合金基体上生长出一层由多晶构成的金刚石膜，用其加工硅铝合金和铜合金等有色金属、玻璃纤维等工程材料及硬质合金等材料，刀具寿命是一般硬质合金刀具的50～100倍。

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DC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刀具，并在工业上得到了应用。

近年来，美国、日本和瑞典等国家都已相继推出了金刚石涂层的丝锥、铰刀、铣刀以及用于加工印刷线路板上的小孔金刚石涂层硬质合金钻头及各种可转位刀片，如瑞典Sandvik公司的CD1810和美国Kennametal公司的KCD25等牌号产品。

美国Turchan公司开发的一种激光等离子体沉积金刚石的新工艺，用此法沉积金刚石，由于等离子场包围整个刀具，刀具上的涂层均匀，其沉积速度比常规CVD法快1000倍。

此法所成的金刚石涂层与基体之间产生真正的冶金结合，涂层强度高，可防止涂层脱落、龟裂和裂纹等缺陷。

CemeCon公司具有特色的CVD金刚石涂层技术，2000年建立生产线，使金刚石涂层技术达到工业化生产水平，其技术含量高，可以批量生产金刚石涂层。

类金刚石涂层在对某些材料（Al、Ti及其复合材料）的机械加工方面具有明显优势。

通过低压气相沉积的类金刚石涂层，其微观结构与天然金刚石相比仍有较大差异。

九十时代，常采纳激活氢存在下的低压气相沉积DLC，涂层中含有大量氢。

含氢过多将降低涂层的结合力和硬度，增大内应力。

DLC中的氢在较高的温度下会渐渐释放出来，引起涂层工作不稳定。

不含氢的DLC硬度比含氢的DLC高，具有组织均匀、可大面积沉积、成本低、表面平整等优点，已成为近年来DLC涂层讨论的热点。

美国科学家A.A.Voevodin提出沉积超硬DLC涂层的结构设计为Ti—TiC—DLC梯度变化涂层，使硬度由较软的钢基体渐渐提高到表层超硬的DLC涂层。

h硬丽硬质合金謬第硬质合金涂第一！-<•硬质材料包括硬质合金f并包括组成硬质合金的碳化磚粉、碳化起.碳化帆、碳化错、碳化钛这些硬质粉末”以及金刚石（C）f PcD （多晶钻），cBN （立方氮化硼）f和Si3N4 氮化硅。

PcD （多晶钻）是一种使用金刚石微粒和化学粘合剂混合之后,在高温高压环境下沉积为相干结构的人造材料。

cBN （立方氮化硼）是来自PcBN的多晶体。

PcBN是一种由cBN微粒和陶瓷或金属触媒粘合剂在高温高压下沉积而成的聚合体。

Si3 N4氮化硅是一种具有高抗碎性能的陶瓷材料。

硬质合金和碳-氮化合物一尽管高速钢对于如钻孔. 拉削这样的应用仍然非常重要■但大多数的金属切削都是通过硬质合金工具完成的。

对于那些非常难于加工的材料,硬质合金现在正逐渐由碳氮化合物、陶瓷制品和超硬材料所替代。

渗碳的（或烧结的）硬质合金和碳氮化合物,被世界上大多数一致认为是硬金属, 是一系列通过粉末;台金技术制成的非常硬的.耐火. 耐磨的合金。

微小的硬质合金或者氮化物颗粒在处于烧结題液体时被金属粘结剂”胶结"o个体硬金属的成分和属性与那些黄铜和高速钢是不同的。

所有的硬金属都是金属陶瓷,是由陶瓷颗粒和金属粘结剂化合而成。

第一节硬质合金• “碳化磚”是非常硬的硬质合金颗粒,特别是碳化锯在工能力。

早期富铁基质的出现的硬质合金在用于工业用途时过于脆弱■但是不久发现将碳化锯粉末与大约10%的金属,如铁、银或钻,允许压坯在大约1500°CT 烧结,在这个过程中生成的产品具有低孔隙率、非常高的硬度,而且相当大的强度。

这些性质的组合使得材料理想的适合用来作为切削金属的加工刀具。

•硬质合金的变化是由铜焊接硬质合金嵌入变成夹具嵌入,以及涂敷技术的迅速发展。

硬质合金刀具材料的制法：一种是经过压锻和烧结至精确的形状和尺寸。

另外的一个进步是高温真空固态渗粘法(HIP)的应用。

此方法实际上允许通过高压下的惰性气体将硬质合金中所有的残余孔隙度都挤出来＞应用的温度大约是烧结温度。

硬质合金刀片α－Ａｌ２Ｏ３涂层研究张静１，２李昆１陈响明１，２（１．中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙４１００８３；２．株洲钻石刀片股份有限公司，湖南株洲４１２０００）摘要采用一种全新的过渡层工艺，在过渡层上进行Ａｌ２Ｏ３化学气相沉积涂层，制备了单一α－Ａｌ２Ｏ３涂层，取代传统的κ－Ａｌ２Ｏ３涂层或κ－Ａｌ２Ｏ３和α－Ａｌ２Ｏ３混合涂层，应用于灰口铸铁高速切削加工，解决了传统的κ－Ａｌ２Ｏ３涂层或者是κ－Ａｌ２Ｏ３和α－Ａｌ２Ｏ３混合涂层高速切削中稳定应用的问题。

关键词灰口铸铁过渡层α－Ａｌ２Ｏ３涂层化学气相沉积!!!!"!"!!!!"!"材料科学项目来源：株洲钻石刀片股份有限公司研发中心涂层微观机理研究项目分支课题。

作者：张静，（１９７７－），中南大学硕士研究生，工程师，主要从事涂层工艺研究。

第２４卷第１期２００７年３月Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．１Ｍａｒ．２００７硬质合金ＣＥＭＥＮＴＥＤＣＡＲＢＩＤＥ传统硬质合金刀片涂层中的Ａｌ２Ｏ３涂层通常得到的是κ－Ａｌ２Ｏ３涂层或κ－Ａｌ２Ｏ３和α－Ａｌ２Ｏ３混合涂层。

在高速切削加工过程中，刀片切削刃区的温度会很高，甚至超过１０００℃，κ－Ａｌ２Ｏ３晶型中氧阴离子会发生大规模重排，而导致发生同素异型转变为α－Ａｌ２Ｏ３［１～３］。

由于两种晶型的Ａｌ２Ｏ３涂层的点阵常数和密度不同［４］，这样的转变会导致裂纹的出现和更快扩展，使得Ａｌ２Ｏ３涂层失去阻热作用，并成为新的裂纹源，刀片的使用寿命将降低，并且不能保证刀片的加工稳定性。

传统化学气相沉积Ａｌ２Ｏ３涂层技术一般直接沉积在其它传统涂层，如ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等涂层上。

通过研究，我们发现想要生成单一α－Ａｌ２Ｏ３涂层，除了与反应气体纯度、配比浓度、温度、时间、压力等等因素有关外，还与涂层沉积面物质晶型、点阵常数有关。

沉积一层全新的过渡层是我们制备单一α－Ａｌ２Ｏ３涂层采取的主要方式。

硬质合金刀具类金刚石涂层的摩擦磨损性能安孝玲，刘利国*（江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122）摘 要：以等离子体化学气相沉积技术在硬质合金刀具表面制备了类金刚石(DLC)涂层。

研究了DLC涂层刀具和无涂层刀具的硬度，不同载荷、不同转速下两种刀具的摩擦磨损性能，以及在水润滑和油润滑条件下DLC涂层刀具的滑动摩擦行为。

结果表明，DLC涂层刀具的平均硬度为2 099.9 HV，比无涂层刀具提高了48.3%；DLC涂层刀具的摩擦因数明显低于无涂层刀具，其磨损率随着载荷的增加而增大，随转速的增大而减小；油润滑比水润滑能更有效减缓摩擦作用。

关键词：硬质合金刀具；类金刚石膜；等离子体化学气相沉积；摩擦学中图分类号：TB43; TH117.1文献标志码：A文章编号：1004 – 227X (2009) 06 – 0068 – 04Friction wear behavior of diamond-like carbon films on carbide cutting tool // AN Xiao-ling, LIU Li-guo* Abstract: Diamond-like carbon (DLC) films were prepared on the surface of carbide tool by plasma chemical vapor deposition. The hardness and friction wear properties under different loads and at different rotation speeds for the tools with and without DLC films, as well as the sliding friction behavior of the tools with DLC films under water and oil lubricating conditions were studied. The results showed that the average hardness of the tools with DLC films is 2 099.9 HV, an increase of 48.3% as compared with the untreated carbide tool. The friction factors of the tools with DLC films are remarkably lower than that of the tools without DLC films. The wear rate is increased with increasing load, but decreased with increasing speed. The friction effect under oil lubrication is decreased more efficiently than that under water lubrication.Keywords: carbide cutting tool; diamond-like carbon film; plasma chemical vapor deposition; tribologyFirst-author’s address:School of Mechanical Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China1 前言类金刚石膜(diamond-like carbon films，简称收稿日期：2009–03–05 修回日期：2009–04–01作者简介：安孝玲（1983–），女，湖北襄樊人，在读硕士研究生，主要研究方向为表面工程。

PVD涂层超微粒硬质合金随着近几年竞争愈加激烈，对制造业提出了更高的要求。

在切削加工领域，通过高速、大进给加工以提高加工效率，缩短加工时间；使用精密刀具实现高精度、高品质加工以提高附加价值；延长刀具寿命以降低刀具使用成本；使用最新技术的刀具以改变加工工序（由研磨、电火花加工变更为切削加工）等各方面，机加工用户提出了越来越高的要求，切削刀具发挥了非常大的作用。

在各种刀具材质中，PVD涂层超微粒硬质合金的进步最为显著。

其优异的性能大幅推动了模具和汽车零部件等钻削加工技术的发展。

到目前为止，CVD硬质合金材质为主流的车削加工中也发挥了出色的性能。

下面对“PVD涂层超微粒硬质合金”技术及最新的加工实例进行介绍。

超微粒硬质合金硬质合金是主要成分的Wc（碳化钨、高硬度脆性材料）分散在Co（钴、低硬度高韧性材料）中的复合材料，是兼顾硬度与抗弯曲强度的硬质材料中的一种。

目前的切削刀具用材料中，在以上的硬质合金上通过CVD（化学涂层法）PVD（物理涂层法）施加可承受高速切削的Al2O3或（Ti、Al）N等涂层的硬质合金涂层材料占据主要位置。

Co含量和Wc颗粒大小等要素决定了硬质合金的性质。

Co含量越少的硬质合金的硬度、抗压缩强度、刚性越高，但同时抗冲击值越低；Wc颗粒越小的硬质合金的硬度、抗弯曲强度越高，但同时其韧性值越低。

超微粒硬质合金是为同时提高硬度和抗弯曲强度而开发的合金材料，与普通的硬质合金相比，在硬度相同时具有强度高、在强度相同时具有硬度高的特点。

普通硬质合金的Wc颗粒为1—6μm（μ=10-6）左右，超微粒硬质合金的Wc颗粒为0.6μm左右，因为非常微小所以Wc颗粒周围起到粘结作用的Co成分的厚度薄，同时，折断起始尺寸小使抗弯曲强度高。

超微粒硬质合金最初在细径钻头、立铣刀等整体硬质合金刀具使用，最近也开始用于可转位刀片。

但是，虽然超微粒硬质合金在低温下显示优异的特性，可在高温状态下容易出现慢性变形，在切削速度高的情况下使用时，有时会产生塑性变形、磨损增大等现象，请予以注意。

硬质涂层知识图文并茂详解（2大类10种）硬质涂层是指具有一定厚度（一般为微米量级）、显微硬度在20GPa以上的涂层。

硬质涂层具有高的硬度、低的摩擦因数、良好的耐高温和耐腐蚀性能，在机械加工、模具制造、地质钻探、纺织工业及航空航天等领域发挥着越来越重要的作用。

根据显微硬度不同，硬质涂层可分为两种：一种是显微硬度介于20～40GPa之间的普通硬质涂层；另一种是显微硬度超过40GPa的超硬涂层。

1、普通硬质涂层普通硬质涂层材料大多是过渡族金属与非金属构成的化合物、金属间化合物等。

这些化合物通常通过金属键、共价键、离子键或离子键和金属键的混合键键合而成，因具有极高的硬度而主要作高速钢、硬质合金和金属陶瓷等刀具的涂层。

除了具有高硬度和高耐磨性之外，普通硬质涂层通常还具有优良的耐热性、抗氧化性、耐腐蚀性以及良好的绝缘性能。

目前常见的普通硬质涂层主要包括氮化物、硼化物、氧化物和碳化物涂层等。

1）、氮化物涂层金属氮化物一般具有熔点和硬度高，热稳定性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能优良等特点。

钛、铬、钒、铌、锆、铪等过渡族金属的氮化物通常被用作刀具表面的强化涂层。

常见的应用最广泛的是钛、铬氮化物涂层。

TiN涂层具有硬度高、韧性好、化学稳定性好和色泽华丽等优点，已在工具行业上成功应用，曾被誉为“工具上的一次革命”。

该涂层除了可作为功能涂层外，还可作为装饰涂层；与TiN 涂层相比，CrN涂层的摩擦因数更低，耐高温和耐腐蚀性能更好，并且具有较高的溅射产额，有利于大批量的工业生产。

此外，CrN涂层的内应力较低，在不同基体上的涂层厚度可达40μｍ，而TiN涂层的厚度只能达到约10μm。

上图TiN涂层氮化物涂层的制备方法主要包括离子镀（电弧离子镀、空心阴极离子镀）、磁控溅射和CVD等。

其中CVD技术的成本较低，且制备的涂层能显著延长刀具的使用寿命，但普通CVD技术的制备温度很高，超过了绝大数常用刀具材料的热处理温度，因而可用CVD技术来制备涂层的刀具材料极为有限（实际上只有硬质合金满足条件）。

硬质合金pvd硬质涂层测试方法
硬质合金PVD硬质涂层是一种常用的表面处理技术，可用于提高零件的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。

为了确保涂层的质量和性能，需要进行相应的测试方法。

以下是几种常用的测试方法：
1. 显微硬度测试：使用显微硬度计对涂层进行硬度测试，可测出涂层的硬度、厚度、弹性模量等参数。

2. 摩擦磨损测试：使用摩擦磨损试验机对涂层进行测试，测量其耐磨性能。

3. 腐蚀测试：使用盐雾试验机对涂层进行腐蚀测试，测量其耐腐蚀性能。

4. 组织结构分析：使用金相显微镜对涂层进行组织结构分析，可了解涂层的晶粒大小、分布情况等。

5. X射线衍射测试：使用X射线衍射仪对涂层进行测试，可了解其结晶度和晶面位向。

综上所述，这些测试方法可以全面评估硬质合金PVD硬质涂层的质量和性能，对于保证零件的使用寿命和可靠性十分重要。

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硬质合金涂层结合力国标
摘要：
1.硬质合金涂层的概述
2.硬质合金涂层结合力的国标
3.国标对硬质合金涂层结合力的规定和影响
4.结合力对硬质合金涂层性能的重要性
5.提升硬质合金涂层结合力的方法
正文：
硬质合金涂层结合力国标是指我国针对硬质合金涂层结合力制定的技术标准。

硬质合金涂层结合力是指涂层与基材之间的粘结强度，它是评价涂层性能的重要指标之一。

国标对于硬质合金涂层结合力的规定，旨在保证涂层在各种工况下的稳定性和可靠性，从而确保产品的安全性和使用寿命。

国标对硬质合金涂层结合力的规定主要涉及涂层的附着力、内应力和耐磨性等方面。

附着力是指涂层与基材之间的粘结强度，内应力是指涂层内部由于温度、应力等因素引起的应力分布不均，耐磨性是指涂层在磨损过程中的抗磨损能力。

这些性能指标都是评价涂层结合力的重要参数。

结合力对硬质合金涂层性能的重要性体现在以下几个方面：首先，结合力直接影响着涂层的耐磨性，耐磨性是涂层在磨损过程中抵抗磨损的能力，是评价涂层使用寿命的重要指标；其次，结合力也影响着涂层的附着力，附着力是涂层与基材之间的粘结强度，是涂层在各种工况下保持稳定性和可靠性的基础；最后，结合力还影响着涂层的内应力，内应力是涂层内部由于温度、应力
等因素引起的应力分布不均，过高的内应力会导致涂层的龟裂、脱落等现象，从而影响涂层的性能和使用寿命。

硬质合金刀具涂层工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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硬质合金涂层用途
硬质合金涂层是指将硬质合金材料涂覆在基材表面形成的一种薄层，
具有硬度高、耐磨损、耐腐蚀等优点。

其主要用途广泛，可以在各个
领域中发挥重要作用。

一、机械加工领域
硬质合金涂层可应用于机械加工行业，如钻头、刀具等的制造和修复。

硬质合金涂层在刀具表面形成一层硬度高、耐磨损的保护膜，大大提
高了刀具的寿命和加工效率。

同时，涂层还能减少加工过程中的摩擦
和热变形，提高了切削平稳度，从而提高了加工质量。

二、模具制造领域
模具是工业制造中重要的工具，其质量直接影响到成品质量和精度。

硬质合金涂层可应用于模具表面，提高模具的硬度和防磨损性能，避
免模具使用过程中出现运动部位的局部热损伤，延长模具寿命，提高
了模具制造的生产效率。

三、汽车工业领域
汽车是人们日常生活中使用频率较高的工具，其零部件在使用过程中
经常受到磨损。

利用硬质合金涂层技术在汽车零部件表面形成硬质合
金膜，不仅可以强化零部件磨损性能，提高其使用寿命，同时还能降
低汽车零部件的能耗和噪音，为汽车工业的发展提供了技术支持。

四、航空航天领域
航空航天工业作为国家高端制造业的代表，涉及到行业科技创新、国防安全以及相关产业的发展。

利用硬质合金涂层技术，可以提高航空发动机叶片、涡轮叶片的耐磨性、抗腐蚀性、高温性和高压力性能，延长其工作寿命，为航空航天产业的发展起到了重要的推动作用。

综上所述，硬质合金涂层在工业制造中具有广泛的应用前景。

未来，随着工业制造技术的不断进步和国家经济的快速发展，硬质合金涂层技术将会得到越来越广泛的应用。

层的厚TiAlN ，6nm 至4层的厚度为TiSiN 所述，一个周期内，本申请的某些实施例中[0010]。

m μ5.4至5.3所述高韧性硬质涂层厚度为，期个周180至140所述高韧性硬质涂层包含，层TiAlN 层和TiSiN 涂层包括周期性交替沉积的所述高韧性硬质，本申请所提供的高韧性硬质涂层采用如前所述的制备工艺制成[0009]。

基体采用硬质合金，本申请的某些实施例中[0008]。

min 5蚀对基体进行离子刻，A 80靶电流为，靶Cr 开启阴极弧，Pa 5.0气压调整为，V 800‑体偏压为调整基；min 30对镀膜腔室进行辉光溅射清洗，V 1000‑基体偏压为，Pa 2设定腔内气压为，向镀膜腔室通入氩气，基体放入镀膜腔室后，中S1步骤，本申请的某些实施例中[0007]。

%.at 50含量为Al ，%.at 50含量为Ti ，阴极弧钛铝靶中，本申请的某些实施例中[0006]。

%.at 25含量为Si ，%.at 75含量为Ti ，高功率脉冲磁控钛硅靶中，本申请的某些实施例中[0005]。

min 275至180沉积时间为，层TiSiN 层和TiAlN 在基体上交替沉积，S4；2A/cm 5.1至5.0调节钛铝靶平均电流密度为，同时开启阴极弧钛铝靶；Hz 500脉冲频率为，微秒200至50脉宽为，2W/cm 20至5调节钛硅靶的平均功率密度为，靶开启高功率脉冲磁控钛硅，℃600至300沉积温度为，V 100‑调节基体偏压为，S3；Pa 6.1镀膜腔室中气压设置为，50%且氮气的体积占比，向镀膜腔室通入氩气和氮气，S2；对基体进行预处理，S1：本申请所提供的高韧性硬质涂层的制备工艺包括如下流程[0004]。

所采用的技术方案如下，和应用以及刀具本申请提供一种高韧性硬质涂层及制备工艺，为解决上述技术问题中的至少之一[0003]发明内容。

两种涂层的性能层的涂层结构且能够间距TiSiN 层和TiAlN 好的工艺在基体表面制备具有然而目前尚无良。

PVD涂层技术及工艺流程1.真空涂层技术的发展真空涂层技术起步时间不长，国际上在上世纪六十年代才出现将CVD(化学气相沉积)技术应用于硬质合金刀具上。

由于该技术需在高温下进行(工艺温度高于 1000ºC)，涂层种类单一，局限性很大，因此，其发展初期未免差强人意。

到了上世纪七十年代末，开始出现 PVD(物理气相沉积) 技术，为真空涂层开创了一个充满灿烂前景的新天地，之后在短短的二、三十年间PVD 涂层技术得到迅猛发展，究其原因，是因为其在真空密封的腔体内成膜，几乎无任何环境污染问题，有利于环保;因为其能得到光亮、华贵的表面，在颜色上，成熟的有七彩色、银色、透明色、金黄色、黑色、以及由金黄色到黑色之间的任何一种颜色，可谓五彩缤纷，能够满足装饰性的各种需要;又由于PVD 技术，可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工装、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果;此外， PVD 涂层技术具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，因此，应用范围十分广阔，其发展神速也就不足为奇。

真空涂层技术发展到了今天还出现了PCVD(物理化学气相沉积)、MT-CVD(中温化学气相沉积)等新技术，各种涂层设备、各种涂层工艺层出不穷，如今在这一领域中，已呈现出百花齐放，百家争鸣的喜人景象。

与此同时，我们还应该清醒地看到，真空涂层技术的发展又是严重不平衡的。

由于刀具、模具的工作环境极其恶劣，对薄膜附着力的要求，远高于装饰涂层。

因而，尽管装饰涂层的厂家已遍布各地，但能够生产工模涂层的厂家并不多。

再加上刀具、模具涂层售后服务的欠缺，到目前为止，国内大多数涂层设备厂家都不能提供完整的刀具涂层工艺技术(包括前处理工艺、涂层工艺、涂后处理工艺、检测技术、涂层刀具和模具的应用技术等)，而且，它还要求工艺技术人员，除了精通涂层的专业知识以外，还应具有扎实的金属材料与热处理知识、工模涂层前表面预处理知识、刀具、模具涂层的合理选择以及上机使用的技术要求等，如果任一环节出现问题，都会给使用者产生使用效果不理想这样的结论。