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金属切削刀具的发展历史与现状前言刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。
广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。
刀具技术的进步，体现在刀具材料、刀具结构、刀具几何形状和刀具系统四个方面，刀具材料新产品更是琳琅满目。
当代正在应用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石。
其中，高速钢和硬质合金是用得最多的两种刀具材料，分别约占刀具总量的30%～40%和50%～60%。
本文将介绍刀具的发展历程，发展现状，并对未来刀具的发展法相作出分析。
刀具的发展历史刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。
中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。
战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。
当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。
1783年，法国的勒内首先制出铣刀。
1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。
有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。
那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。
1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。
1898年，美国的泰勒和.怀特发明高速钢。
1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。
在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。
1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。
1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。
1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。
这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。
新结构高效双切齿轮滚刀新结构高效双切滚刀业适用于对齿轮根部有较高加工要求的领域，由于该滚刀齿顶部齿数多（一样为20齿），因此在齿轮加工中，齿轮根部的加工次数多，因此，用新结构高效双切滚刀加工齿轮能够取得专门好的齿轮齿底圆弧。
大模数滚齿加工的特点滚齿在齿轮加工方面占据了大量份额。
随着齿轮加工技术的迅猛进展，专门是大模数、多齿数齿轮对高速高效加工技术的要求，迫切要求在滚齿加工方面实现高速高效。
实现高速滚齿，滚齿机必需提高刚性及驱动功率，要实现数控、温度补偿。
更重要的一点，确实是要采纳高速高效滚刀，使切削加倍合理化。
目前，高速高效切削已经显示出很多的优势和壮大的生命力，成为制造业中提高加工效率和质量、降低本钱的要紧技术途径之一。
由于大模数齿轮所对应的滚刀的切削量成倍增加，又由于传统大滚刀槽数较少，齿高长，因此分派到各齿的载荷专门大。
在滚刀加工齿轮的滚削进程中，几乎75％的切削量由位于全齿1／3处的刀齿齿顶完成，而整个齿中部和根部的占全齿2／3部分仅仅完成切削任务的25％。
实际上，在刀齿齿顶载荷散布和磨损极不均匀。
齿顶圆角处的磨损决定了刀具的寿命，刀齿的中部和根部磨损很少。
新结构高效双切滚刀的特点高效经济的滚刀必需具有很多槽数，而且滚刀的外径也不能太大，齿顶的切削面应多于刀齿中部和齿根的切削面。
为附合以上要求，汉江工具有限责任公司开发了滚刀，新结构高效双切滚刀每相邻齿中有一排齿具有完整的齿形，另一排齿的有效部份只有齿高的1／3。
该滚刀在外径许诺的情形下，可取得20排槽左右，是一般滚刀的2倍以上。
依照被加工件的质量要求，新结构高效双切滚刀能够铲制，也能够磨制。
由于该种滚刀具有10排左右的完整齿，因此该种滚刀不仅可用于粗切，还可用于齿轮精加工。
在粗加工的场合，该滚刀也能够带前角，如此，可减少切削力和磨损。
新结构高效双切滚刀可在任一标准的滚刀刃磨床上刃磨。
装卡后即可保证前刃面的精度，所需的只是调整砂轮进入滚刀槽的深度。
肯纳最新材质说明发布日期：[2007-8-15] 共阅[2536]次肯纳最新材质说明K1025 该材质为中等硬度，粘结剂含量中等，非合金W C/C o 细晶粒材质。
应用：适用于切削高温合金，钛合金以及在切削条件不利的情况下加工非铁金属材料的工件。
K D081一种低含量，在硬质合金刀片焊接P C B N刀类的材质。
应用：专为粗加工和精加工硬钢（>45HR C）而设计。
用于切削轴承钢、热轧和冷轧工具钢、高速钢、模具钢、冷硬钢、渗碳和氮化铁和一些硬化层材料。
K313 材质结构：基体较硬，含少量粘结物。
为非合金的W C/C O精细颗粒硬质合金材质。
应用：刃口的耐磨性好，同时具有很强的韧性，用于加工钛合金。
铸铁，奥氏体不锈钢和非铁金属，非金属和大多数的高温合金。
具有很好的抗热变形能力和耐切深处磨损能力，晶体细化的材质可以减少加工中的裂纹和剥落，使刀片寿命长而且安全可靠。
K68 材质结构：基体较硬，含少量粘结物。
为非合金的WC/C o精细颗粒硬质合金材质。
应用：K68材质具有极强的耐磨性，特别适合于加工铸铁，奥氏体不锈钢，非铁金属，非金属，它作为K313的补充也适合加工大多数的高温合金。
它是非铁金属加工的通用材质。
K C5010（全新）材质结构：PV D T iA l N涂层刀片。
这是最新的刀片材质，非合金硬质合金基体的抗变形能最强。
KC5010的最新涂层可使切削速度提高50%甚至100%。
应用：KC5010适合于高速度精加工大多数工件材料，效果非常理想。
在加工状况稳定的情况下。
适用于大多数钢，不锈钢，铸铁，非铁金属和高温合金，在加工淬硬和短屑材料时也表现不俗。
K C5025（全新）材质结构：极细化晶粒非合金基体。
配以最先进的PV DT iA lN涂层。
应用：通用加工刀片应用于大多数钢，不锈钢，铸铁，非铁金属。
可以用于断续切削和高进给量的加工，而且切削速度可高可低。
K C5410 材质结构：非合金硬质合金基体，配以PV D T iB2涂层使刀片的抗变形性能极强。
涂层刀具的涂层材料、涂层方法及进展方向在切削加工中，刀具性能对切削加工的效率、精度、表面质量有着决议性的影响。
刀具性能的两个关键指标硬度和强度（韧性）之间好像总是存在着冲突，硬度高的材料往往强度和韧性低，而要提高韧性往往是以硬度的下降为代价的。
在较软的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、TiN、Al2O3,等）构成的涂层刀具，较好的解决了刀具存在的强度和韧性之间的冲突，是切削刀具进展的一次革命。
涂层刀具是近20年来进展最快的新型刀具。
目前工业发达国家涂层刀具已占80%以上，CNC机床上所用的切削刀具90%以上是涂层刀具。
1涂层刀具、涂层材料及涂层方法涂层刀具的特点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，提高了刀具的耐磨性而不降低其韧性。
涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。
一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用，因而可以大大削减刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。
但是刀具在现有的涂层工艺进行涂层后，因基体材料和涂层材料性质差别较大，涂层残留内应力大，涂层和基体之间的界面结合强度低，涂层易剥落，而且涂层过程中还造成基体强度下降、涂层刀片重磨性差、涂层设备多而杂、昂贵、工艺要求高、涂层时间长、刀具成本上升等缺点。
常用的涂层材料及性质常用的涂层材料常用的涂层材料有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、硅化物、金刚石及复合涂层八大类数十个品种。
依据化学键的特征，可将这些涂层材料分成金属键型、共价键型和离子键型。
涂层材料的性质金属键型涂层材料（如TiB2、TiC、TiN、VC、WC等）熔点高、脆性低、界面结合强度高、交互作用趋势强、多层匹配性好，具有良好的综合性能，是最一般的涂层材料。
共价键型涂层材料（如B4C、SiC、BN、金刚石等）硬度高、热胀系数低、与基体界面结合强度差、稳定性和多层匹配性差。
TiN-TiC复合材料的制备及其吸附性能
TiN-TiC复合材料是一种由钛铬合金、石墨和钛硼颗粒制备而成的嵌入式复合材料。
该复合材料具有较高的压缩强度和耐磨损性能，能够在高温和高氧化环境下使用，因此在
航空航天和能源行业中具有广泛的应用前景。
本实验的目的是制备TiN-TiC复合材料，并研究其对甲苯的吸附性能。
制备过程中，
先制备出球形的钛铬合金微粉，再在微粉中加入少量的石墨和钛硼颗粒，经过高温反应制
备出TiN-TiC复合材料。
经过X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察和能谱分析，证实制备的复合材料为典型
的TiN-TiC嵌入式复合材料，含有大量的TiN晶粒和少量的TiC晶粒。
同时，复合材料表
面出现钙钛矿结构的TiBO4和Ti2O3物种，这些物种对TiN-TiC复合材料的性能具有重要
影响。
研究发现，TiN-TiC复合材料对甲苯具有较好的吸附性能。
在120分钟的吸附时间内，复合材料对甲苯的吸附量达到29.28 mg/g，远高于单一材料的吸附能力。
此外，复合材料的吸附性能与其表面的孔隙结构、表面功能团以及表面电性质密切相关。
总之，本实验成功制备出TiN-TiC复合材料，并证实其具有较好的吸附性能。
这为该
复合材料在航空航天和能源行业中的应用提供了基础研究支持。
硬质合金刀具的涂层技术[ 摘要]切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术。
采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命,使刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高机械加工效率。
主要介绍涂层硬质合金刀具涂层材料的特点、要求，涂层制备技术，分析化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD)，单、复合涂层制备方法及优缺点。
[关键字] 硬质合金涂层刀具;化学气相沉积法;物理气相沉积法;现状及发展引言现代化的金属切削加工要求刀具具有高切削速度、高进给速度、高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性。
因此, 高水平、稳定的刀具涂层技术越来越受到机械加工企业的青睐。
涂层技术是提高切削效率, 降低加工成本的有效途径。
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因数, 从而使刀具的性能显著提高, 而且,随着涂层技术设备的日趋集成化、模块化和智能化, 涂层费用已比初期下降1/2~ 2/3, 涂层刀具在刀具总量中所占的比例将会越来越大。
表面涂层硬质合金在基体硬质合金上, 用（CVD）化学气相沉积,或（PVD）物理气相沉积等方法, 涂覆耐磨的TiC、TiN、Al2O3等薄层, 形成表面涂层硬质合金。
涂层硬质合金刀片均为可转位形式, 刚机夹方法装夹在刀杆或刀体上使用。
具有以下优点: 1) 表面涂层材料具有很高的硬度和耐磨性, 故与未涂层刀片相比, 涂层硬质合金可采用较高的切削速度, 或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。
2)涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小, 故切削力有一定减小, 比未涂层刀片约降低 5%左右。
润滑薄膜具有良好的固相润滑性能, 可有效地改善加工质量, 也适合于干式切削加工。
3)用涂层刀片加工, 已加工表面质量较好。
4) 涂层技术作为刀具制造的最终工序, 对刀具精度几乎没有影响, 并可进行重复涂层工艺。
5)由于综合性能好, 涂层刀片有较好的通用性。
涂层刀具的优点及涂层技术的发展000000000涂层刀具的优越性在韧性较好的刀具(刀片)基体上进行表面涂层，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层(如TiN、TiC等)，使刀具(刀片)具有全面、良好的综合性能。
未涂层高速钢的硬度仅为62~68HRC(760~960HV)，硬质合金的硬度仅为89~93.5HRA(1300~1850HV);而涂层后的表面硬度可达2000~3000HV以上。
①由于表面涂层材料具有很高的硬度和耐磨性，且耐高温。
故与未涂层的刀具(刀片)相比，涂层刀具允许采用较高的切削速度，从而提高了切削加工效率;或能在相同的切削速度下，提高刀具寿命。
②由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故涂层刀具(刀片)的切削力小于未涂层刀具(刀片)。
③用涂层刀具(刀片)加工，零件的已加工表面质量较好。
④由于涂层刀具(刀片)的综合性能良好，故涂层硬质合金刀片有较好的通用性，一种涂层硬质合金牌号的刀片具有较宽的使用范围。
技术的发展和进步笔者多次参观了国际机床工具展览会，收集到很多资料，并听取了各大工具公司的技术报告，从而了解到刀具产品表面涂层技术的发展和进步。
CVD涂层技术的进展过去，硬质合金刀具表面涂层采用高温化学气相沉积(HTCVD)工艺。
在常压或负压的沉积系统中，将纯净的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等气体根据沉积物的成分，按一定配比均匀混和，依次涂到具备一定温度(一般为1000~1050℃)的硬质合金刀片表面，即在刀片表面沉积TiC、TiN、TiCN、Al2O3或者它们的复合涂层。
直到现在，HTCVD仍是使用最多的工艺方法，除HTCVD外，还有等离子体化学气相沉积(PCVD)工艺，它是在硬质合金刀具(刀片)表面涂层的另一种方法，因这种涂层工艺温度较低(700~800℃)，故刀片的抗弯强度降低。
因为TiC与基体材料的线膨胀系数最接近，通常用TiC薄层先涂在基体表面上，外面再涂TiN、Al2O3，如TiC/TiN、TiC/Al2O3、TiC/TiCN/TiN 等。
碳氮化钛基硬质合金金属陶瓷简介BRIEF INTRODUCTION OF CERMETS CUTTING TOOL TiCN基金属陶瓷具有良好的使用性能与WC基硬质合金相比它具有低密度、高硬度、对钢的摩擦系数小加工中显示出较高的红硬性、相近的强度、较低的腐蚀性和导热性切削时抗粘结磨损和抗扩散磨损在相同切削条件下TiCN基金属陶瓷刀具具有较高的寿命或在寿命相同的情况下可采用较高的切削速度被加工件有较好的光洁度。
因此TiCN基金属陶瓷在许多加工场合下可成功取代WC基硬质合金填补了WC基硬质合金和陶瓷之间的空白特别适用于钢材的半精加工和精加工及耐磨耐蚀零件。
TiCN substrate cermets cutting tool has very good application. Compared with tungsten carbide cutting tool cermets cutting tool has advantages of lower density harder much lower friction for machining steel better thermal stability when machining close toughness lower causticity and heat conduction better wear-resistance. Working in the same condition TiCN based cermets cutting tool has longer using life and can be used under faster cutting speed. We can get more finish work-piece with smoother surface using cermets cutting tool. From above we have used TiCN based cermets cutting tool to replace WC based carbide cutting tool in some fields successfully. It fills up the gap between WC based carbide and ceramic. It is suitable for semi-finishing and finishing machining of steel and wear part specially. TiCN基金属陶瓷采用精制高纯原料通过严格控制各个工艺环节而制备的具有优异特性的陶瓷制品具有高强度、高硬度、轻质抗腐蚀、抗氧化耐热性好等优异性能。
切割刀片的材质分类和说明介绍国外高速切削刀具材料的进展和应用高速切削时, 对不同的工件材料选用与其合理匹配的刀具材料和允许的切削条件, 才能取得最佳的切削效果。
据此, 针对目前生产中普遍应用的铝合金、铸铁、钢及合金和耐热合金等的高速切削, 已发展的刀具材料主要有: 金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂层刀具和TiC (N) 基硬质合金刀具(金属陶瓷) 等。
金刚石刀具金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。
天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。
但由于价钱昂贵, 加工、焊接都超级困难, 除少数特殊用途外( 如腕表精密零件、光饰件和首饰雕刻等加工) , 很少作为切削工具应用在工业中。
随着高技术和超精密加工日趋发展, 例如微型机械的微型零件, 原子核反映堆及其它高技术领域的各类反射镜、导弹或火箭中的导航陀螺, 计算机硬盘芯片、加速器电子枪等超精密零件的加工, 单晶天然金刚石能知足上述要求。
最近几年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方式和保护气氛钎焊金刚石技术, 使天然金刚石刀具的制造进程变得比较简易, 因此, 在超精密镜面切削的高技术应用领域, 天然金刚石起到了重要作用。
20 世纪50 年代利用高温高压技术人工合成金刚石粉以后, 70 年代制造出金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石(PCD) , PCD 晶粒呈无序排列状态, 不具方向性, 因此硬度均匀。
它有很高的硬度(8000~ 12000HV) 和导热性, 低的热胀系数, 高的弹性模量和较低的摩擦系数, 刀刃超级锋利。
它可加工各类有色金属和极耐磨的高性能非金属材料, 如铝、铜、镁及其合金、硬质合金、纤维增塑材料、金属基复合材料、木材复合材料等。
PCD 刀具所含金刚石晶粒平均尺寸不同, 对性能产生的影响也不同, 晶粒尺寸越大, 其耐磨性越高。
在相近的刃口加工量下, 晶粒尺寸越小, 则刃口质量越好。
例如, 选用晶粒尺寸10~ 25Lm 的PCD刀具, 可以500~ 1500m/ min的高速粒尺寸8~ 9Lm 的PCD 加工Si 含量小于12% 的铝合金; 晶粒尺寸4~ 5Lm 的PCD 加工塑料、木材等。
肯纳刀片材质表：(自己收集,如有错误，请见谅）KC5510材质结构：晶粒细化的硬质合金，配以先进的PVD TiAlN涂层.应用：KC5510是专门为高效率加工高温合金而设计的刀片材质.超级晶粒细化的硬质合金包含6%的基结构.具有极强的韧性。
先进的PVD涂层使刀片具有极强的抗变形能力,所以可比其它PVD涂层刀具提高两倍以上的切削速度进行加工。
KC5525材质结构：晶粒细化的高钴硬质合金，配以先进的PVD TiAlN涂层.应用：和KC5510一样具有先进的PVD涂层,同时拥有极晶细化的硬质合金10%钴基,高含量的钴为刀片在断续切削时提供了更高的刃口安全性。
而且在高切削速度情况下保持抗变形能力，得益于同样细化的WC颗粒,可用于高温合金的中等到重型断续切削。
KU10T材质结构：极具抗变形能力的硬质合金基体.配有先进的PVD涂层。
应用：KU10T是理想的用于半精加工的通用刀片材质。
在加工状况稳定的情况下加工大多数钢、不锈钢、铸铁、非铁金属和高合金钢时表现优良.KU10T同样在加工淬硬钢和短屑材料时表现优良。
KU25T材质结构：具有高韧性的和高耐磨性的硬质合金基体，并配以先进的PVD涂层.应用：KU25T是大多数工件材料理想的精加工到通用加工刀片材料。
比切断加工。
在加工状况稳定的情况下,可加工大多数钢、不锈钢、铸铁、非铁金属和高合金钢。
KU25T可以有效地加工淬硬钢和短屑工件材料。
KC8050材质结构：新研平的带有厚氧化铝涂层的富钴硬质合金刀片材质。
应用：对于大范围的工件材料（钢、不锈钢、铸铁）从粗加工到精加工都有良好的加工表现。
适应性强。
极具有耐磨性能和防止细微崩碎,使工件表面加工质量优良。
在加工钢和铸铁时，则推存使用的是具有正前角的-MP和—FP槽型。
KC9040材质结构:富钴基体的硬质合金，配以氧化铝涂层的刀片材质.应用:适用于对刃口安全性有要求时，所有类型的钢、不锈钢和大多数工件材料的重型加工粗加工.特殊加工中。
刀具纳米涂层的类型及其性质研究作者：陶传琦来源：《科技创新导报》2017年第28期摘要：硬质合金涂层是指通过物理气相沉积（PVD）等方法，在硬质合金刀片的表面上涂覆耐磨的TiCN或TaC、HfN、Al2O3等薄层，形成表面涂层硬质合金。
硬质涂层气相沉积是机械加工行业中刀具表面增硬最为重要的技术手段，而相关新技术作为最早应用到刀具表面的涂层，现今已经朝多元、多层、纳米结构的方向发展。
未来纳米涂层应用前景将会非常广泛，本文正是在这种背景下，进行了涂层针对直柄刀具涂层的涂镀要求的相关问题研究与分析。
关键词：硬质涂层刀具表面增硬刀具涂层中图分类号：TB43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0111-03人类进入20世纪以来，科学技术水平的飞速发展和工业技术水平的不断革新，使制造业取得了巨大的进步，同时也造就了人类社会财富的空前膨胀。
可以这样说，制造业的进步，是人类社会和物质文明进步的发动机。
有资料显示，美国的巨大财富来源有68%要归功于制造业，同样，我国现代化的发展进程在很大程度上取决于现代制造业和机械工业的发展水平，因此，机械制造业的发展是关乎我国现代化建设全局的。
刀具硬质涂层的发展主要经历了从单一涂层到多元涂层再到多层涂层（或梯度涂层），而今天研究者们普遍研究的热点集中在纳米涂层上，纳米涂层又可分为纳米复合涂层和纳米多层涂层两类，按照前面对超硬涂层的分法，这两种纳米涂层均为非内禀性硬质涂层。
1 氮化钛基单一涂层单一涂层的种类很多，大都发展成熟且得到了广泛的应用。
根据化学键的性质来分，可以将单一涂层分为：（1）共价键类：例如DLC等，其优点是具有较高的硬度。
（2）金属键类：例如TiN、CrN、TiC等，这类涂层具有较好的综合性能。
（3）离子键类：例如Al2O3等，其优点是化学性质稳定。
DLC涂层是一种由sp3和sp2键杂化而成的非晶碳涂层，在结构上长程无序而短程有序，里面几乎不含sp1键。
涂层基础刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术两大类。
CVDCVD法是利用金属卤化物的蒸气、氢气和其它化学成分,在950~1050℃的高温下,进行分解、热合等气、固反应,或利用化学传输作用,在加热基体表面形成固态沉积层的一种方法。
CVD法工艺要求高[7],而且由于氯的侵蚀及氢脆变形可能导致涂层易碎裂、基体断面强度下降,涂层硬质合金时还易产生脱碳现象而形成η相。
近年来,中、低温CVD法和PCVD法开发成功,改善了原有CVD工艺。
CVD:CVD工艺气相沉积所需金属源的制备相对容易,可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等单层及多元多层复合涂层的沉积，涂层与基体结合强度较高,薄膜厚度可达7~9μm。
先天不足：一是工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度下降；二是薄膜内部呈拉应力状态，易导致刀具使用时产生微裂纹；三是CVD工艺排放的废气、废液会造成较大环境污染，与目前大力提倡的绿色制造观念相抵触，因此自九十年代中期以来，高温CVD技术的发展和应用受到一定制约。
PCVD：低温化学气相沉积技术，工艺处理温度450~650℃，可抑制η相1的产生，可用于螺纹刀具、铣刀、模具的TiN、TiCN、TiC等涂层。
但在刀具涂层领域的应用并不广泛。
MT-CVD：中温化学气相沉积，以含C/N的有机物乙腈(CH3CN)作为主要反应气体、与TiCL4、H2、N2在700~900℃下产生分解、化学反应生成TiCN的新工艺。
可获得致密纤维状结晶形态的涂层,涂层厚度可达8~10μm。
HT-CVD：高温化学气相沉积。
目前，CVD(包括MT-CVD)技术主要用于硬质合金车削类刀具的表面涂层,涂层刀具适用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。
采用CVD技术还可实现α-Al2O3涂层,这是PVD技术目前难以实现的，因此在干式切削加工中，CVD 涂层技术仍占有极为重要的地位。
1基于Ni3Ti成分的一种金属间化合物相，为密排六方有序相。
刀具涂层及如何正确选择刀具涂层This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020TiN、TiC、TiCN和TiAlN等刀具涂层及如何选择刀具涂层TiN 氮化钛TiAlN 氮化铝钛氮铝钛涂层氮铝化钛TiCN 氮碳化钛TiAlCN 氰化铝钛Ti2N 氮化二钛CrN, 氮化铬ZrN, 氮化锆AlTiN 氮化钛铝氮钛铝涂层金刚公司推出的各种新型涂层涂层颜色硬度HV 厚度μm 摩擦系数最高使用温度℃说明ZrCN复合兰灰 2500 1-4 550 通用性强TiN单层金黄 2300 1-4 500 高性价比涂层TiAlN复合紫色 3200 1-4 800 通用性强AlTiN复合黑 3400 1-4 900 高速、高硬度加工TiAlCrN 亚黑 3500 1-4 1000 特殊加工领域TiCN渐层灰黑 3000 1-4 400 高韧性通用涂层CrN渐层银亮 2000 3-15 700 适用加工铜、钛、模具DLC 黑彩 1000~4000 400 适用于有色金属、石墨、塑胶涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而获得的。
涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了月牙槽磨损。
涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层刀具提高刀具寿命3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度~1级，降低刀具消耗费用20%~50%。
因此，涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。
目前，切削加工中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。
TiN/TiCN/(Al2O3)/TiN CVD多层涂层硬质合金的性能研究摘要：采用高温化学气相沉积（HT-CVD）和中温化学气相沉积（MT-CVD）相结合的复合化学气相沉积新工艺在硬质合金基体WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co 上分别沉积TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层，制备了两种CVD多层涂层硬质合金。
通过氧化实验、显微硬度和切削实验等手段研究了TiN/TiCN/TiN 和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能、硬度和切削性能。
结果表明，涂层后硬质合金的抗氧化性能、硬度和切削性能明显提高，Al2O3的加入进一步提高了CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能、硬度和切削性能；通过提高涂层硬质合金的抗氧化性能和硬度能提高涂层硬质合金的切削性能。
关键词：TiN/TiCN/TiN；TiN/TiCN/Al2O3/TiN；抗氧化性能；显微硬度；切削性能Abstract: the high temperature chemical vapor deposition (HT-CVD) and temperature chemical vapor deposition (MT-CVD) combination of complex chemical vapor deposition new technology in the hard alloy substrate WC-(W, Ti) C-(Ta, Nb) C-6% Co separately on TiN deposits/TiCN/TiN and TiN/TiCN/Al2O3 / TiN coating, the preparation of the two CVD multi-layer coatings hard alloy. Through the oxidation experiment, microhardness and cutting experiment and the means to study TiN/TiCN/TiN and TiN/TiCN/Al2O3 / TiN CVD multi-layer coatings hard alloy antioxidant properties, hardness and cutting performance. The results show that after coating hard alloy antioxidant properties, hardness and cutting performance improved obviously, Al2O3 to join to enhance the CVD multi-layer coatings hard alloy antioxidant properties, hardness and cutting performance; By improving the coating hard alloy antioxidant properties and can improve the coating hardness cemented carbide cutting performance.Keywords: TiN/TiCN/TiN; TiN/TiCN/Al2O3 / TiN; Oxidation resistance; Micro hardness. Cutting performance1采用HT-CVD和MT-CVD相结合的复合化学气相沉积新工艺分别在WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co硬质合金基体上沉积TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层，制备了两种CVD多层涂层硬质合金，研究两种CVD 涂层硬质合金的高温抗氧化性能、硬度和切削性能，并试图探索三种性能之间的关系，以通过改善涂层硬质合金的一般性能来进一步提高涂层硬质合金的切削性能，为涂层硬质合金的研究提供参考。
2 实验2.1 试样制备通过工业化生产的BPX250 全自动控制化学涂层炉，采用HT-CVD和MT-CVD相结合的复合化学气相沉积新技术分别在WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co 硬质合金基体上沉积，制备两种CVD多层涂层硬质合金。
TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/ Al2O3/TiN涂层都是通过严格控制工艺参数在同一炉内连续沉积而成的，其中TiN/TiCN/TiN涂层的厚度为7μm，TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层的厚度为8.5μm。
2.2 试验方法氧化实验在型号为SX-8-16的硅钼棒高温电炉中进行，气氛为空气，氧化温度为1000℃。
用精确到0.1mg的FA1104N型精密电子分析天平对试样氧化前后的重量变化进行称量，计算出试样的单位面积增重率，然后绘制氧化增重曲线。
在BUEHLER MICRONET 5104型显微硬度计上进行显微硬度试验，加载载荷分别为10g、50g、100g、500g和1000g，保压时间为15s。
为确保测量精度，在各个不同载荷下均打打四个点取平均值。
切削实验在型号为HAAS-SL40的数控车床上进行并按照ISO3685-93单刃刀具切削寿命试验法进行试验。
切削方式为干式切削。
切削时，采用恒线速，并以后刀面的磨损深度VB=0.2mm作为磨钝标准来计算切削刀片的寿命。
，每种刀具均进行2~3次重复实验，以保证实验数据有重复性和可靠性。
切削时，刀具几何参数为：γ0= -60、α0=-60、λs= -50、κr= 900；切削参数为：切削速度V=160m/min，进给量f=0.2mm/r，切削深度ap=1.0mm；切削对象为：1Cr18Ni9Ti不锈钢。
3 结果与讨论3.1 CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能图1所示为CVD涂层硬质合金在1000℃的氧化增重曲线图。
由图可知：基体在高温下的空气中迅速氧化，其氧化增重曲线基本上呈直线型且斜率较大，涂层后基体在高温空气中的氧化被减缓，涂层对基体的氧化起到了一定的保护作用。
这表明涂层后硬质合金基体的抗氧化性能得到了显著提高。
在1000℃时，氧化前0.5h TiN/TiCN/TiN CVD多层涂层硬质合金没有发生明显增重，TiN/TiCN/TiN涂层对硬质合金基体起到了保护作用，在氧化0.5h之后，TiN/TiCN/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化增重曲线迅速以接近涂层硬质合金基体氧化增重曲线的斜率上升，TiN/TiCN/TiN涂层失去对涂层硬质合金基体的保护，基体严重氧化；氧化前1.5h TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金没有发生明显增重，TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层对涂层硬质合金基体起到了很好的保护作用，性能超过了TiN/TiCN/TiN涂层，氧化1.5h之后，基体开始氧化，TiN/TiCN/Al2O3/TiN多层涂层硬质合金的氧化增重曲线开始上升。
以上分析表明，Al2O3涂层的加入有效地延缓了涂层硬质合金基体氧化，进一步提高了涂层硬质合金的抗氧化性能。
这是因为Al2O3具有良好的高温化学稳定性，一方面能起到很好的隔热作用，另一面对O2的扩散有很好的阻碍作用。
图1CVD多层涂层硬质合金的氧化增重曲线3.2 CVD多层涂层硬质合金的硬度图2所示是基体与CVD涂层硬质合金的显微硬度与载荷函数关系曲线。
由曲线可看出，在载荷为10g时，TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的显微硬度最高，为2230.8 HV 0.01，TiN/TiCN//TiN CVD多层涂层硬质合金的显微硬度次之，为2141.8 HV 0.01，未涂层的基体的显微硬度明显要低于前两种涂层硬质合金，只有1736.6 HV 0.01。
随着压入载荷（即压痕尺寸和压入深度）的增大，基体与CVD涂层硬质合金的显微硬度值均逐渐减小，即表现出硬度压痕尺寸效应[9]。
基体的平均显微硬度从10g时的1736.6 HV 0.01，降到1000g时的1599.5 HV1；TiN/TiCN//TiN CVD多层涂层硬质合金的平均显微硬度从2141.8 HV 0.01，降到1000g时的1616.7HV1；TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的平均显微硬度从2230.8 HV 0.01，降到1000g时的1585.0HV1。
三条曲线的变化趋势大致相同。
在低载荷时变化趋势较明显，10g-100g之间，曲线的斜率很大；当载荷增至100g以上时，曲线的变化趋势变缓，趋于一稳定值。
曲线在100g处发生突变，这种现象可用弹性恢复和塑性变形来解析。
原因可能是载荷低于100g时，压痕周围的应力极高，卸载后压痕表面面积变化程度较大，弹性恢复较明显，因此压痕尺寸效应较明显；当载荷加大至100g及以上时，由于载荷的加大，塑性变形明显，一定程度上可以使压痕周围的高应力场得以释放，使能量降低，弹性恢复减弱。
表现为压痕尺寸效应减弱。
从三条曲线的变化总趋势看TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金压痕尺寸效应最明显，TiN/TiCN//TiN CVD多层涂层硬质合金次之，基体的压痕尺寸效应再次之。
这表明涂层后硬质合金基体的硬度明显提高，Al2O3涂层的加入也进一步提高了涂层硬质合金的硬度。
图2基体与CVD涂层硬质合金的显微硬度与载荷函数关系曲线3.3 CVD多层涂层硬质合金的切削性能图3所示为基体与CVD多层涂层硬质合金刀片在V=160m/min，f=0.2mm/r，ap=1.0mm切削条件下的切削寿命。
由图可见，涂层后涂层硬质合金的切削寿命明显提高，TiN/TiCN/TiN CVD多层涂层硬质合金相对未涂层基体的切削寿命提高41%，TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金相对未涂层基体的切削寿命提高86%。
这表明涂层是提高硬质合金切削性能的有效手段。
这是因为涂层后硬质合金基体的抗氧化性能和硬度得到了提高。
TiN/TiCN/ Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的切削寿命相对TiN/TiCN/TiN CVD多层涂层硬质合金提高32%，表明Al2O3涂层的加入进一步改善了刀片的切削性能。
这是因为Al2O3涂层的加入使TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能和硬度得到了进一步提高。
图3基体与CVD多层涂层硬质合金刀片的切削寿命4 结论1) 涂层后涂层硬质合金的抗氧化性能、硬度和切削性能相对未涂层的基体而言明显提高。
2) Al2O3涂层的加入使TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金具有比TiN/TiCN/TiN CVD多层涂层硬质合金更优异的抗氧化性能，更高的硬度，同时也具有更优异的切削性能。
