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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。
