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刀具涂层技术的现状与发展PVDCVD刀具涂层技术的现状与发展摘要：刀具涂层技术是一种受刀具市场需求而产生的一种表面改性技术，该项技术能改变切削刀具的综合机械性能，大幅度提升加工效率以及刀具寿命，刀具涂层技术成为高效率、高精度、高可靠性要求的关键机械加工技术之一。
本文着重介绍了刀具涂层技术的涂层材料的制备方法及种类，并对刀具涂层技术的应用前景及发展趋势进行了展望。
从工艺、装备、技术开发、推广应用、售后服务等方面分析我国刀具涂层技术与工业发达国家的差距；文中建议我国工具行业应针对国内刀具涂层技术现状，建立统一的研究、开发、服务体系，系统地引进国际先进技术，通过消化吸收逐步达到自我开发的能力，最终实现参与国际市场竞争的目的。
关键词：刀具;涂层技术;PVD;CVD1 引言刀具涂层技术是一种受刀具市场需求而产生的一种表面改性技术，该项技术能改变切削刀具的综合机械性能，大幅度提升加工效率以及刀具寿命，因此该项技术已与材料、加工工艺并称为切削刀具制造的三大关键技术。
为了满足机械加工的高效率、高精度、高可靠性的要求，各个国家都十分注重刀具涂层技术的发展。
当前，我国刀具涂层技术正处于一个发展的十分关键的时期，特别是PVD涂层技术，使用原有的涂层技术生产的刀具已不能满足切削加工要求；发展PVD技术，能提高我国切削刀具的水平，获得巨大的经济效益，提高我国的综合国力。
2 国内外刀具涂层技术的现状及发展趋势刀具涂层技术目前分为两大类，即化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）技术。
2.1 物理气相沉积（PVD）技术的发展习惯上，把固体(液态)镀料通过高温蒸发、溅射、电子束、等离子体、激光束、电弧等能量形式产生气相原子、分子、离子(气态，等离子态)进行输运，在固态表面上沉积凝聚，生成固相薄膜的过程称为物理气相沉积(PVD)。
物理气相沉积（PVD）技术产生于上世纪七十年代末，因为它的工艺温度控制在500℃以下，，可作为最终处理工艺用于高速钢类刀具的涂层。
表面织构与DLC涂层复合处理影响材料摩擦特性的研究进展袁浩恩;吴继忠;王海军;陈文刚;程家豪;郭思良;周意昊;魏北朝;罗海【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2024(55)2【摘要】近些年来表面织构化与表面涂覆技术在提高摩擦学性能方面取得了良好的进展,有越来越多的研究将表面织构技术与涂覆技术进行融合,发现在适当的外界环境下合适的织构化参数与DLC涂层复合处理后显现出优异的摩擦学特性,两者间做到了1+1大于2的效果。
表面织构化已经广泛的应用在改善材料摩擦性能等方面,然而其在干摩擦条件下可能并不能起到很好的润滑效果。
DLC涂层被世间公认为是有效的固体润滑剂,它具有良好的减摩、抗磨性,但涂层却有着吸附力差的缺点,表面织构可以增大涂层与基材之间的有效结合强度,增加表面的腐蚀能力,进而可以提高涂层的摩擦学性能、腐蚀性能、生物相容性。
织构化与DLC涂层的结合可以在航空、汽车、机械等领域得到广泛应用,进而提高产品的性能和可靠性。
主要介绍表面织构化与DLC涂层复合改性处理后材料的摩擦磨损特性。
并从织构的几何参数、实验条件、接触方式、摄入元素、涂层厚度以及仿真分析等几方面进行阐述。
为帮助后续的研究方向提供参考。
最后对织构与涂层复合改性方面的发展趋势进行展望。
【总页数】14页(P2091-2104)【作者】袁浩恩;吴继忠;王海军;陈文刚;程家豪;郭思良;周意昊;魏北朝;罗海【作者单位】西南林业大学机械与交通学院;攀枝花学院智能制造学院【正文语种】中文【中图分类】TH117.1【相关文献】1.DLC薄膜微织构表面对干气密封环摩擦性能的影响2.表面织构化DLC涂层在脂润滑下的摩擦学性能研究3.石墨烯/铜基复合材料织构表面的摩擦特性4.表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
硬质合金刀具的CVD(化学气相沉积)技术真空涂层技术1. 摘要2. 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。
织构化刀具表面摩擦磨损特性与减摩降磨机制研究刘朝伟;杨发展;姜芙林;黄珂;杨宇;赵烁;隋潇斌【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2024(52)11【摘要】在刀具表面设计并加工出一定结构的微织构,可大幅改善刀具-切屑表面的摩擦状态。
为了探究不同形态的织构刀具在干摩擦状态下的摩擦磨损特征,通过有限元仿真分析软件ABAQUS对不同织构类型的刀具进行分析,结合刀具的应力状态分布情况分析各类织构对减摩抗磨作用的影响。
同时,利用飞秒激光器在刀具表面加工不同类型的织构并与钛合金磨球进行摩擦磨损实验,测定其摩擦因数,分析不同类型织构刀具表面的磨损情况和形貌。
仿真及试验结果表明:刀具T1应力集中区分布广泛,应力集中严重;相对于T1,刀具T2、T3、T4、T5的等效应力值出现大幅降低,且应力分布较为均匀,其中刀具T4的表面等效应力值最低,且降温效果最优。
上述结果表明:带有不同类型织构的刀具较无织构刀具的摩擦因数均有不同程度降低,一定程度上缓解了刀具表面的黏结磨损,其中T4摩擦因数降低最为显著,减摩效果最为突出。
【总页数】11页(P114-124)【作者】刘朝伟;杨发展;姜芙林;黄珂;杨宇;赵烁;隋潇斌【作者单位】青岛理工大学机械与汽车工程学院;工业流体节能与污染控制教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TH117;TH706【相关文献】1.表面微织构钛合金在不同对摩角度下的减摩抗磨特性∗2.45#钢表面激光织构淬火减摩抗磨复合处理技术研究3.电射流法沉积的ZrO_(2)织构化表面及其摩擦磨损特性4.三角沟槽形织构化硬质合金工作表面动压润滑及减摩特性5.表面微织构铝合金在不同对摩角度下的减摩抗磨特性因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
我国刀具PVD涂层技术发展的问题和对策2010-05-25 14:22:46| 分类： PVD|举报|字号订阅和国外相比，我国刀具PVD涂层技术的研究和开发起步并不太晚，而且在发展初期大量引进了当时国际上最先进的各类涂层设备，八十年代后期国产涂层设备也得到了迅速发展，但该项技术真正广泛使用于高速钢刀具却是在九十年代中期。
到目前为止，虽然国内对硬质合金刀具TiCN涂层的研究已取得突破，但国内市场的涂层产品仍以TiN涂层为主。
分析其原因，可归纳为以下几点：（1）前期集中引进对国内PVD技术后续发展的影响八十年代中期国外PVD技术及装备的集中引进虽然使我国发展该项技术有了一个高起点，同时也解决了高速钢刀具的涂层问题，但由于引进设备的厂家都是国内的刀具生产骨干企业（其刀具产品的国内市场占有率很高），这些先进涂层设备的引进在相当长一段时间内已可满足这些企业的生产要求，因此对国产PVD技术和设备的需求不太强烈，这在一定程度上影响了国产PVD设备在刀具制造领域的使用和发展；另一方面，八十年代中期PVD技术还处于发展初期，随着该项技术的不断发展，进入九十年代后新技术层出不穷，这些企业早期引进的技术亟待更新，但昂贵的价格使企业很难再次引进新技术和新设备，国内也因此错失了发展提高PVD技术的最佳时期。
（2）对新工艺的研发重视不够尽管八十年代国内引进了当时最先进的PVD技术，但当时PVD技术尚处于发展初期，国内对其后续发展空间及发展速度无法充分估计；此外，物理涂层技术是集电子物理、材料、真空控制技术于一体的新型技术，在研究、生产、使用等方面对人员配置有较高要求，而大部分引进PVD技术的企业偏重生产，对开发人员及资金配置不足，难以推动工艺技术的进一步自主开发，新工艺、新技术仍需再引进，而再引进的费用十分昂贵（如Balzers公司的设备从TiN涂层工艺升级为TiCN涂层工艺，仅硬件改造费即需30万美元），因此影响了国内涂层技术新工艺和装备的研发。
织构化alcrn涂层表面的摩擦磨损性能研究摩擦和磨损是在工程领域中非常重要的热力学现象，它们可以在多种类型的机械系统中影响物体的运动或活动。
因此，提高摩擦磨损特性对于维护复杂机械系统正常工作很重要。
近年来，随着新技术和新材料的出现，涂层工艺已经成为大多数复杂机械系统及其配件表面改善的有效手段。
层是将各种材料层层涂层在表面形成一个多层结构，以期获得一种特殊的功能。
而，在涂层过程中，涂层结构和材质可能会受到复杂的摩擦和磨损作用的影响，这可能会导致系统功能的破坏。
因此，如果要有效地应用涂层工艺，首先必须充分了解表面涂层的摩擦磨损性能。
织构化alcrn涂层是一种新型的结构化表面材料，由一层碳纳米管（CNT）和一层铝氧化物（ALOx）组成。
研究表明，织构化alcrn涂层具有很好的表面粗糙度，可以显著提高表面的贴合性能。
因此，织构化alcrn涂层可用于改善某些机械制品表面的摩擦磨损性能。
本文将通过实验来研究织构化alcrn涂层表面的摩擦磨损性能。
首先，我们将通过扫描电子显微镜（SEM）和电子探针（EPS）对织构化alcrn涂层进行观察，以确定其表面结构和形貌。
然后，我们将使用一种称为“旋转辐射传递”的测试方法，通过旋转两个平行的滑动面，以模拟不同环境下的摩擦磨损效果，从而评估织构化alcrn涂层的摩擦磨损性能。
通过实验，我们可以了解织构化alcrn涂层中的摩擦系数和磨损速率，以及摩擦磨损受不同环境条件影响的规律。
实验结果表明，织构化alcrn涂层具有出色的抗摩擦磨损性能，其摩擦系数和磨损速率明显低于其他常规涂层材料。
此外，实验结果还表明，织构化alcrn涂层的摩擦系数和磨损速率在不同温度下变化不大，因此可以有效地稳定摩擦磨损性能。
综上所述，我们通过实验研究了织构化alcrn涂层表面的摩擦磨损性能。
结果表明，织构化alcrn涂层具有优异的抗摩擦磨损性能，可以有效提高复杂机械系统的性能，从而提高系统的可靠性和可行性。
残余应力对涂层材料性能的影响及测量方法高鹏【摘要】简述了两种涂层沉积工艺:化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD),并介绍了CVD制备氧化铝涂层的现状;简述了涂层材料存在的力学问题,及残余应力对涂层性能的影响;介绍了常见的残余应力测量方法,展望了拉曼光谱在氧化铝涂层残余应力测量中的发展前景.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2018(031)006【总页数】4页(P199-202)【关键词】沉积工艺;涂层材料;残余应力;拉曼光谱【作者】高鹏【作者单位】天津职业技术师范大学机械工程学院,天津 300222【正文语种】中文【中图分类】TH740 引言随着机械工业的发展和微机电系统的兴起，涂层材料和涂层技术已经成为材料科学和工程研究领域的重点之一。
涂层材料指的是与相对较厚基底结合的涂层、多层涂层材料、基底上的图案涂层和无支撑涂层。
涂层材料已经应用于各种领域，根据人们需求能够实现各种功能。
例如，具有高温稳定性和低热传导的热障涂层可以在高温环境下保护结构材料[1]；硬质合金刀具涂层可以使经常受到摩擦磨损的刀具的使用寿命大大延长[2]；同时，压电涂层材料等广泛应用于微机电系统[3]。
任何黏结在基底上的涂层都在其厚度尺寸范围内承受着某种残余应力，残余应力的存在不仅影响着涂层物理性质和晶体缺陷生成，而且会直接导致涂层破裂、脱落，因此涂层结构中产生的残余应力极大地影响了涂层工具的性能。
已有的氧化铝涂层研究的相关报道，多聚焦于涂层的微观结构、组织成分、工艺参数及摩擦磨损性能[4-6]，但是对于涂层存在的残余应力的研究并不充分。
笔者介绍了涂层常见的沉积方法及几种涂层应力测量的方法，并对近年来国内外氧化铝涂层残余应力的研究进展作出了评述，对拉曼光谱法测量氧化铝涂层残余应力的发展前景作出了展望。
1 涂层沉积方法物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)是将材料原子逐一从一个或多个源转移到基底上的沉积涂层生长表面的最常见的方式。
刀具涂技术的新进展吴大维刘传胜傅德君彭友贵范湘军（武汉大学）l现代金属切削对刀具的要求现代化的金属切削加工，对刀具的要求是高切削速度、高进给速度、高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性。
涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破，它将刀具基体与硬质薄膜表层相结合，由于基体保持了良好的韧性和较高的强度，硬质薄膜表层又具有高耐磨性和低摩擦系数，从而使刀具的性能大大提高。
自20世纪70年代初硬质涂层刀具问世以来，化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术相继得到发展，为刀具性能的提高开创了历史的新篇章。
涂层刀具与未涂层刀具相比，具有显著的优越性：它可以提高加工效率，提高加工精度，延长刀具使用寿命，从而保证加工件的质量，降低加工成本。
2刀具硬质涂层新材料2．1多元、复合硬质涂层材料的发展刀具表面的硬质薄膜对材料有如下要求：①硬度高、耐磨性能好；②化学性能稳定，不与工件材料发生化学反应；⑧耐热耐氧化，摩擦系数低，与基体附着牢固等。
单一涂层材料很难全部达到上述技术要求。
涂层材料的发展，已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层，经历了TiC—A12O3一TiN复合涂层和TiCN、TiAlN等多元复合涂层的发展阶段，现在最新发展了TiN／NbN、TiN／CN，等多元复合薄膜材料，使刀具涂层的性能有了很大提高。
一些涂层新材料的显微硬度参见文献[1]。
硬质涂层材料中，工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。
目前，工业发达国家TiN涂层高速钢刀具的使用率已占高速钢刀具的50％一70％，有的不可重磨的复杂刀具的使用率已超过90％。
由于现代金属切削对刀具有很高的技术要求，TiN涂层日益不能适应。
TiN涂层的耐氧化性较差，使用温度达500℃时，膜层明显氧化而被烧蚀，而且它的硬度也满足不了需要。
TiC有较高的显微硬度，因而该材料的耐磨性能较好。
同时它与基体的附着牢固，在制备多层耐磨涂层时，常将TiC作为与基体接触的底层膜，在涂层刀具中它是十分常用的涂层材料。
刀具表面微织构的研究现状与进展王英姿【期刊名称】《《山东理工大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(033)005【总页数】6页(P39-44)【关键词】微织构; 加工方法; 表面形貌; 减磨机理【作者】王英姿【作者单位】济南大学材料科学与工程学院山东济南250022【正文语种】中文【中图分类】TH117.1切削加工过程中，刀具表面与工件之间存在着剧烈的摩擦接触，使得切削接触区存在温度高、刀具磨损快、切削力大以及工件表面质量低等问题。
尤其是在高速切削、干切削以及切削难加工材料过程中，切削力更大、温度更高、切削环境极为恶劣，使得刀具寿命也随之降低。
随着对摩擦学研究不断的深入，人们发现并不是表面越光滑摩擦学性能越优异，反而是像穿山甲、鱼鳞等具有微小结构的表面，具有高耐性磨、低摩擦系数等优点。
刀具表面微织构是指利用生物仿生学原理，在摩擦表面加工出一定尺寸、形状的微米级结构[1]，从而提升刀具的切削性能以及摩擦学性能。
在刀具发生摩擦的区域加工出一些微坑或微沟槽阵列结构，更有利于润滑介质的渗入、成膜，有助于提高润滑效果，起到减摩的作用；从而抑制工件材料粘刀现象，减缓刀具磨损，延长刀具耐用度。
近年来，对刀具表面织构的研究越来越多，人们对刀具表面织构的认识越来越深刻。
表面微织构具有减少刀-屑接触长度、存储润滑剂和捕捉磨屑等作用[2]，已经成功应用在刀具表面上[3]。
微织构形貌从最初的凹坑、凹槽凸包状，变为更复杂的正弦、椭圆、圆阵列和鱼鳞状等[4]，如图1所示。
不同形状的微织构对刀具表面的摩擦学性能的影响必然不同。
因此，研究不同微织构的形貌，将明显提高刀具的使用寿命和摩擦学性能，并降低切削过程的切削力和切削温度，改善工件表面的加工质量[5]。
1 微织构加工方法及形貌与传统的刀具相比，微织构刀具的使用寿命、摩擦学性能明显提高，并且具有储存润滑剂、减少刀-屑接触长度、降低切削力和切削温度等优点。
目前常用的微织构加工方法包括：激光加工[6]、电火花加工[7]、光刻技术[8]、磨料射流加工[9]、磨削加工[10]、聚焦离子束加工[11]等，在刀具方面应用广泛的为激光加工、电火加工和光刻技术。
硬质合金涂层的效能曹伟【摘要】硬质合金刀具的前刀面月牙洼磨损和后刀面磨损,在不同涂层厚度和不同切削速度时,磨损程度不同,直接影响刀具的使用寿命,对硬质合金涂层刀具前刀面月牙洼磨损以及后面磨损的图像特征分析表明,涂层降低了刀具与其加工零件之间的摩擦系数,使刀具表面的凹凸不平处发热,从而限制了浅层表面的磨损,提高了硬质合金涂层刀具的耐磨性,增加了刀具的切削速度,延长了刀具的使用寿命.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2016(045)004【总页数】4页(P80-83)【关键词】硬质合金;耐磨性;月牙洼;涂层刀具;机械磨损【作者】曹伟【作者单位】河南工业和信息化职业学院,河南焦作 454000【正文语种】中文【中图分类】TG711涂层硬质合金刀具已经使用许多年了，它们在金属加工业中的比重正在稳步增长，在美国，目前约有65%的硬质合金刀具是涂层的。
在过去的10年中，涂层刀具在质量上和性能上都已有显著的改善。
其中一部分是由于涂层本身质量有所提高，即可以控制较好的疏松度和厚度；另一方面，在控制涂层和基体界面间的冶金技术方面也有所进展，从而改善了涂层的粘合力，遏制了降低强度的界面反应。
此外，由于使用了具有耐断裂性和耐热变形的硬质合金基体，使涂层刀具得到进一步的改善。
除了1970-1972年推广的初期TiC（碳化钛）涂层外，现在还出现了一些其他涂层材料；例如：TiN（氮化钛），HfN（氮化铪），Al2O3（氧化铝）等。
诸如TiN+TiC，Al2O3+TiC等复合涂层也已普遍使用了。
涂层刀具的普及是由于其优良的耐磨性和耐破裂性带来的[1]。
采用涂层刀具最重要的原因是它在不降低刀具寿命的前提下，能显著地增加切削速度。
图1表示了未经涂层的、具有TiC涂层的和具有Al2O3涂层的硬质合金刀具的寿命与切削速度的关系曲线。
在刀具寿命为10 min时。
TiC涂层刀具允许切削速度增加50%，而Al2O3涂层刀具可以增加切削速度90%以上。
刀具涂层技术的演变文／Don Graham-Manager图／Seco Tools Inc很少有材料能够像硬质合金钨粘合剂那样，给我们的经济、我们的工业文化带来如此大的冲击。
兼具硬度和磨损防护，这样的材料被用在有趣多样的产品上，比如圆珠笔、鱼竿引导环、磨损零件，牙齿钻孔机、穿甲弹的壳芯和大多数重要的切削刀具。
几乎所有的产品，我们驾驶的、穿的、甚至食用的，都是由硬质合金制造而来，或是经过硬质合金的加工处理。
尤其是，生产力的进步可以归功于硬质合金刀具使得这些产品因为大量生产而让我们能够负担。
历史概述刀具超过160 年的发展，以进化的过程为特征，不断被周期性的革命进步所打断。
回溯十九世纪中期，用于金属加工的刀具由高碳钢制作而成，切削速度被限制在大约25 sfpm。
第一次激动人心的爆发是伴随着高速钢（HSS）刀具的传入，在大约50 年之后到来。
这次发展使得切削速度提高到大约100sfpm ——效率方面得到了戏剧性的增长。
HSS 刀具在今天仍然存在，并且在世界刀具领域有着很重要的地位。
然而，相比较而言，在20、30 年代，当一种更具生产能力的刀具材料——碳化钨硬质合金或者硬质金属出现并慢慢开始获得市场接受的时候，相比较而言，HSS 刀具的重要性有所下降。
WC-Co 合金（或者材质，就像他们通常所称的那样）是由小而硬的钨微粒，经过强度足够的钴粘合、接合的复合材料。
合金碳的结构有点类似于砖墙，钨起着砖的作用，钴就好比涂抹在砖上用来粘合砖块的水泥。
在这个例子中，砖块随意放置，而不是像一堵墙，方向统一。
研究表明，对于碳化钨来说，钴是最有效的粘合剂，因为钴具有粘合钨微粒的能力，以及内在的强度。
含有的钴越多，强度等级就越高，磨损率越低。
许多硬质合金的材质，尤其是在那些铁（铁合金）方面的应用，以一小部分的碳化钛、钽、铌。
这些合金增加了抗变形能力，也使得合金的结构得以控制。
更重要的是，他们减少了合金刀具、工件之间的化学反应（缩孔），尤其在工件是钢或者铸铁的时候。
表面技术第52卷第7期硬质合金激光改性协同仿生微织构对硼掺杂金刚石涂层性能的影响苏泽彬，向道辉，李艳琴，彭培成，张志强，高国富，赵波，张智鹏（河南理工大学 机械与动力工程学院，河南 焦作 454000）摘要：目的研制应用于超精密加工领域的高性能金刚石涂层，探究硬质合金基体表面激光微织构对硼掺杂金刚石（BDD）涂层沉积质量的影响，分析不同类型的仿生微织构对基–膜结合强度、工具切削性能的改善效果及原因。
方法在硬质合金表面使用激光脉冲制备不同类型的仿生微织构，并通过热丝化学气相沉积（HFCVD）法在刀具表面沉积BDD涂层。
采用数显洛氏硬度计（HRS-150）、超景深三维显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、白光干涉表面轮廓仪、拉曼光谱（Raman）对样品进行表征。
通过压痕试验及铣削试验研究涂层的附着强度和刀具的切削性能。
结果激光微织构边缘发生表面硬化。
激光微织构区域沉积BDD涂层后，基体表面缺陷显著降低，织构内部金刚石晶粒更密集，沉积质量提升，三角织构（TT）边缘的金刚石颗粒堆积坡度最缓，不同类型的织构化BDD涂层的粗糙度、金刚石纯度、切削性能及附着强度均不同，涂层附着力与表面硬度呈正相关。
硼掺杂三角织构（BDTTD）涂层刀具具有最佳的切削性能。
结论织构边缘和内部具有更高的金刚石二次成核率和沉积质量。
织构的存在可以提升BDD涂层的附着强度和刀具性能，并且织构边缘的涂层附着力最强，这些得益于激光烧蚀及仿生微织构对硬质合金表面的硬化及对BDD涂层内在缺陷的修复。
关键词：HFCVD；硼掺杂金刚石；仿生微织构；激光；切削性能；涂层附着力中图分类号：TG178 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)07-0384-13DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.07.035Effects of Laser Surface Modification of Cemented Carbide and Bionic Microtexture on Properties of Boron-doped Diamond CoatingsSU Ze-bin, XIANG Dao-hui, LI Yan-qin, PENG Pei-cheng, ZHANG Zhi-qiang,GAO Guo-fu, ZHAO Bo, ZHANG Zhi-peng(School of Mechanical and Power Engineering, Henan Polytechnic University, Henan Jiaozuo 454000, China)收稿日期：2022–07–05；修订日期：2022–08–23Received：2022-07-05；Revised：2022-08-23基金项目：河南省科技攻关项目（222102220005）；国家自然科学基金（51975188）Fund：Department of Science and Technology of Henan Province (222102220005); The National Natural Science Foundation of China (51975188)作者简介：苏泽彬（1997—），男，硕士研究生，主要研究方向为精密超精密装备及表面技术。
表面技术第53卷第8期TiAlSiN涂层力学性能改善措施的研究现状及进展周琼，王涛，黄彪*，张而耕，陈强，梁丹丹 （上海应用技术大学 上海物理气相沉积（PVD）超硬涂层及装备工程技术研究中心，上海 201418）摘要：TiAlSiN涂层具有耐温性好、化学惰性高等优异性能，其作为防护层被广泛应用于摩擦零部件、机械加工工具上。
但TiAlSiN涂层内应力过大导致的力学性能不足，限制了其在严苛工况下的进一步应用。
总结了目前改善TiAlSiN涂层力学性能的主要措施：涂层微观结构优化、膜层结构设计以及热处理工艺。
对改善涂层力学性能所涉及的细晶强化、共格效应、固溶强化以及模量差理论等机理进行了全面的描述，并详细地对比分析了上述理论之间的内在联系与差异。
系统地讨论了纳米多层和梯度复合膜层结构对涂层力学性能的影响规律，主要从调制结构以及成分调整2个角度对膜层结构变化进行了分析，有利于指导具有良好力学性能的膜层结构的设计。
此外，分别阐述了退火温度、时间以及气氛环境对TiAlSiN涂层力学性能的影响规律，分析了退火条件对涂层微观结构的影响以及微观结构与力学性能之间的关系。
在此基础上，提出了未来可以从基础理论和改善措施之间的协同作用角度，对TiAlSiN涂层力学性能的改善展开进一步研究。
关键词：TiAlSiN；性能改善；力学性能；微观结构；膜层结构；热处理中图分类号：TG174.4 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0040-12DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.004Research Status and Progress of Improving MechanicalProperties of TiAlSiN CoatingsZHOU Qiong, WANG Tao, HUANG Biao*, ZHANG Ergeng, CHEN Qiang, LIANG Dandan(Shanghai Engineering Research Center of Physical Vapor Deposition (PVD) Superhard Coating and Equipment,Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China)ABSTRACT: TiAlSiN coatings have excellent high temperature resistance and chemical inertness, and they have been widely used on friction work pieces and cutting tools. However, their high internal stress limits their further application in industries under harshworking conditions. This paper focuses on the main techniques employed to improve the mechanical properties of TiAlSiN coatings, including microstructure optimization, micro-structure design and treatment. The coating hardness is predominantly influenced by microstructure, which can be tailored through various processing methods such as deposition method optimization, and modulation of the deposition process parameters including nitrogen flow rate, substrate bias, target quantity, and power duration. In addition, doping new elements and changing the original element content of TiAlSiN coatings also affect the hardness of the coatings. In this work, the mechanisms involved in improving the mechanical properties of the收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-07-29Received：2023-05-08；Revised：2023-07-29基金项目：国家自然科学基金资助项目（51971148）；上海市自然科学基金资助项目（20ZR1455700）Fund：The National Natural Science Foundation of China (51971148); Shanghai Natural Science Foundation (20ZR1455700)引文格式：周琼, 王涛, 黄彪, 等. TiAlSiN涂层力学性能改善措施的研究现状及进展[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 40-51.ZHOU Qiong, WANG Tao, HUANG Biao, et al. Research Status and Progress of Improving Mechanical Properties of TiAlSiN Coatings[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 40-51.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期周琼，等：TiAlSiN涂层力学性能改善措施的研究现状及进展·41·coatings, such as fine grain strengthening, solid solution strengthening and modulus difference theory, were compared and analyzed. The refinement of grain size resulting from fine-crystal strengthening reduced the crack propagation, while solid-solution strengthening was achieved by introducing foreign atoms into a compound to form a solid solution, thereby increasing the hardness of the TiAlSiN coatings. The coherent effect and modulus difference theory promoted the enhancement of TiAlSiN coating hardness through interface structure optimization. Both mechanisms induced interfacial stresses that prevented dislocation generation. The internal relations and differences between the above theories were compared and analyzed in detail. The effect of nano-multilayer and gradient composite layers on the mechanical properties of the coatings was systematically discussed. Modulation structure and composition adjustment were the two main factors that affected the variation of micro-structure. Currently, research on the strengthening mechanisms of nano-layered coatings and gradient-structured coatings is not comprehensive. Even small structural alterations to these coatings can cause various influence mechanisms that alter their mechanical properties. For instance, changing the modulation period significantly impacts the mechanical behavior of TiAlSiN coatings by means of coherent strain and the modulus difference theory. It is helpful to guide the design of membrane structure with good mechanical properties. In addition, heat treatment has the most significant effect on the properties of TiAlSiN coatings. So the influence of annealing temperature, annealing time, and atmosphere on the mechanical properties of TiAlSiN coatings was summarized. The effect of annealing conditions on the microstructure of the coatings and the relationship between the microstructure and mechanical properties were analyzed. In addition to experimental research, basic theoretical research was also be conducted by starting from first principles to identify the specific relationships and influence mechanisms between microstructure and mechanical properties of coatings. Annealing had three main effects on the mechanical properties of TiAlSiN coatings: grain coarsening, phase transformation, and surface oxide formation. Annealing resulted in grain coarsening, which improved the toughness of the coatings. The mechanical properties of TiAlSiN coatings were affected by the phase structure when phase transitions occurred during annealing. Additionally, the significance of the synergistic effect of improving measures on the mechanical properties of TiAlSiN coatings was emphasized. Finally, it was suggested to conduct deep research in future on improving mechanical properties of TiAlSiN coatings from basic theory and cooperation effect of various improvement actions.KEY WORDS: TiAlSiN; property improvement; mechanical property; microstructure; film structure; heat treatment现代刀具材料主要有高速钢、硬质合金、金属陶瓷等，随着切削加工技术的不断提高，其力学性能已经逐渐不能满足工业上的要求，而提升涂层的力学性能可以弥补刀具材质上的不足[1-5]。
PVD法制备(Ti,Al)N涂层中残余应力对其质量的影响吴化;陈涛;宋力【摘要】The (Ti,Al)N coatings were deposited at different bias voltage by ion plating assisted with hollow cathode facility produced in China. X-ray diffraction method was used to study the composition and residual stress of the (Ti,Al)N coatings. There were macro-particles on surface of (Ti,Al)N coatings analyzed by SEM. The adhesion and hardness of (Ti,Al)N coatings were tested by universal nano/micro material tester. The research results show that the residual compressive stress existed in the (Ti,Al)N coatings. Following the augment of bias voltage, the residual stress value decreased first and then increased. The macro-particles on coatings became weaken notably, the adhesion and hardness of (Ti,Al)N coatings increased, the quality and mechanical properties of the coatings were improved when the value of bias voltage enhanced.%在国产离子镀和空心阴极离子镀复合镀膜机上,通过改变脉冲偏压值制备了(Ti,Al)N涂层.用X射线衍射仪对涂层的相组成进行了检测分析,并通过测得的衍射谱线计算了(Ti,Al)N涂层中的残余应力值；扫描电镜观察涂层表面微观形貌显示涂层表面存在“大颗粒”现象；用材料表面微纳米力学测试系统检测了涂层与基体间的结合力和涂层的硬度值.对涂层中残余应力与质量和性能之间关系的研究分析表明:(Ti,Al)N涂层中存在着残余压应力,且随脉冲偏压值的增加其值有先减小后增大的趋势；涂层中“大颗粒”现象随脉冲偏压值的提高能够显著得到减轻,涂层与基体间结合力得到提高,涂层的硬度值增大,涂层质量和力学性能均得到改善.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】6页(P60-64,92)【关键词】(Ti,Al)N涂层;残余应力;X射线衍射法;大颗粒【作者】吴化;陈涛;宋力【作者单位】长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室,长春 130012;长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室,长春 130012;长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室,长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TB302.1;TB333通过PVD方法在材料表面制备（Ti，Al）N涂层替代TiN涂层，将使材料表面获得更为优异的硬度、耐磨损和抗高温氧化等特性［1］。
不同摩擦因数下织构刀具和普通刀具切削性能比较印佳慧;王大中;孔超【摘要】为选择合适的切削刀具以节约生产成本,采用有限元方法,在不同工况下分别对普通刀具和表面织构CBN刀具切削AISI4340材料的过程进行仿真,研究不同摩擦因数下普通刀具和表面织构刀具的切削性能,得到不同摩擦因数下切削力、切削温度和应力场分布规律.结果表明:随着摩擦因数的增大,普通刀具和表面织构刀具切削时的切削温度、所受的应力和切削力均呈增大的趋势,但相对普通刀具而言,在摩擦因数增大到一定程度时,表面织构刀具的温度、所受的应力应变上升有所减缓,有利于延长刀具的使用寿命.研究表明:当切削过程的摩擦因数低于0.3时,可采用普通刀具节约生产成本;当摩擦因数增大到0.3以上时,织构刀具的温度、切削力和应力分布相比普通刀具有明显优势,采用织构刀具可延长刀具的使用寿命.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2019(044)003【总页数】7页(P117-123)【关键词】摩擦因数;织构刀具;切削温度;应力;切削力【作者】印佳慧;王大中;孔超【作者单位】上海工程技术大学机械工程学院上海201620;上海工程技术大学机械工程学院上海201620;上海工程技术大学机械工程学院上海201620【正文语种】中文【中图分类】TH117.1金属切削过程中，刀具与工件之间的恶劣摩擦以及切削热的共同作用，造成刀具的磨损并且降低工件的加工质量，这一现象使传统切削技术无法满足现代切削生产的要求。
近年来，为了进一步保证工件的表面加工质量，降低生产成本，延长刀具的使用寿命，科研人员做了大量研究。
金属切削时，刀具与工件接触紧密，摩擦磨损明显，因此刀-屑接触区是热量的主要产生区。
切削过程中所受的摩擦力和切削过程有着非常大的关系，很多学者从不同角度探讨了刀-屑之间的摩擦状态。
LEE和SHAFFER[1]在1951年通过常规刀具在不同摩擦条件下的切削实验结果，建立了滑移线场的切削模型。
刀具表面织构对刀-屑界面摩擦学特性的影响逄明华;聂永芳;申福猴;马利杰【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2018(47)11【摘要】刀具快速磨损限制了金属切削的进一步发展,表面织构技术的提出为改善刀-屑界面摩擦提供了新思路,也是目前降低刀具表面磨损的有效方法之一。
从刀-屑界面切削液存储与润滑、微/纳织构、织构方向、织构类型及形状、织构位置等五个方面,概述了现有刀具表面织构对刀-屑界面摩擦学特性的影响,总结了刀具表面织构的共性作用机理,并进行了分类归纳。
相应分析结果表明,刀具表面织构改变了刀-屑界面内空体集团的数量及微通道分布,增加了界面内切削液的渗入存储,同时捕捉存储了界面内的磨屑颗粒,改善了刀-屑界面润滑摩擦;且在此过程中,润湿性因素对界面内切削液的渗入、存储及润滑油膜的形成等均存在影响。
最后对刀具表面织构技术的发展进行了总结与展望,为刀具表面磨损的调控提供了参考。
【总页数】10页(P109-118)【关键词】刀具;表面织构;刀-屑界面;摩擦学特性;润湿性【作者】逄明华;聂永芳;申福猴;马利杰【作者单位】河南科技学院机电学院【正文语种】中文【中图分类】TH117【相关文献】1.沟槽型表面织构对界面摩擦振动噪声特性的影响 [J], 王正国;莫继良;王安宇;陈光雄;朱旻昊2.织构刀-屑界面滑移区微通道特性数值研究 [J], 逄明华;申福猴;聂永芳;马利杰3.表面织构的分布对界面摩擦特性的影响 [J], 刘晓亮; 陈永彬; 魏德宸4.基于原子沉积法的纳米Al2O3涂层微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数研究 [J], 李佩真;唐思文;孙林;刘骞;李鹏南;牛秋林;王金林;王睿;刘鹏飛5.刀具表面微织构对刀——屑界面特性的影响研究 [J], 逄明华;马利杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
