硬质合金的涂层技术
超硬材料涂层
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。
硬质材料之硬质合金与硬质合金涂层
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_Al_2O_3涂层研究
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
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。
硬质材料之硬质合金与硬质合金涂层
第一节 硬质合金
• “碳化钨”是非常硬的硬质合金颗粒，特别是碳 化钨在富铁基质的出现使得高速钢具有优异的加 工能力。早期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钨粉末与大约10%的 金属，如铁、镍或钴，允许压坯在大约1500℃下 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。
可惜得是，碳化钛和TiC基固溶体非常脆而且不如碳化钨耐 磨。因此尽可能地将TiC的含量保持在最低水平。
在极限配方中碳化物是不含钨的并且完全是基于TiC基础之 上的，但一般的TiC成分不能超过18%。如果超过这个数值， 碳化物变得过脆并且非常难于铜焊。
一般情况下 WC/TiC/Co的成分具有两种显著的碳化物相， 几乎纯净的WC角晶体和磨圆的TiC/Co 混合晶体。在发展的 制造业中尽管WC/TiC/Co硬金属应用非常广泛，在某些重要 的考虑中是禁止使用的，它们在许多应用中被具有更高强度 以及抗麻坑优势的WC/TiC/Ta(Nb)C/C9系列所替代。TiC， TiN以及其他在硬基质上的涂敷也已经减少了高速加工钢和铁 合金对高TiC成分的吸引力。
PVD涂层超微粒硬质合金
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）。
硬质材料之硬质合金与硬质合金涂层
第一节 硬质合金
• “碳化钨”是非常硬的硬质合金颗粒，特别是碳 化钨在富铁基质的出现使得高速钢具有优异的加 工能力。早期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钨粉末与大约10%的金 属，如铁、镍或钴，允许压坯在大约1500℃下烧 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。
这些百分度用来作为刀具切削钢材和其他铁基合金，成 分的作用是抵制由化学分解和形成麻坑所产生高温的扩散性 冲击。碳化钨扩散到刀片的表面，但是碳化钛对这种扩散极 具抵抗力。中固溶体或“固溶晶体”的保持着防止形成麻坑 性质到很大的程度。
可惜得是，碳化钛和基固溶体非常脆而且不如碳化钨耐磨。 因此尽可能地将的含量保持在最低水平。
碳化钛/钼/镍（）：
• 碳化钛极端的压入硬度和抗麻坑与它主要的原材料 （二氧化钛，2）的廉价和可用性结合起来，基于这 一种碳化物就提供了很强的使用品质诱因。尽管是在 早期硬金属历史中开发出来的，由于这些碳化物很难 进行令人满意的铜焊因此直至夹具出现之前很少得到 应用。更甚的是，此种碳化物的脆性臭名昭著，只能 用于振动极小的精细切削条件下。
在极限配方中碳化物是不含钨的并且完全是基于基础之上的， 但一般的成分不能超过18%。如果超过这个数值，碳化物变 得过脆并且非常难于铜焊。
一般情况下 的成分具有两种显著的碳化物相，几乎纯净的角 晶体和磨圆的 混合晶体。在发展的制造业中尽管硬金属应用 非常广泛，在某些重要的考虑中是禁止使用的，它们在许多 应用中被具有更高强度以及抗麻坑优势的()9系列所替代。， 以及其他在硬基质上的涂敷也已经减少了高速加工钢和铁合 金对高成分的吸引力。
低含量是3%）即可。总之，随着碳化物细粒或钴的含量或者
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基体表面脱β层厚度与涂层合 图6.4-26 基体表面脱 层厚度与涂层合 金抗弯强度的关系
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脱β层基体涂层硬质合金的应用效果
由图6.4-21可见，脱β层厚度较小时，涂层合金 的耐冲击性能并未得到明显改善，而当厚度大 约达到10µm时，耐冲击性能开始改善，刀具的 崩刃率也大为减小。这一结果与涂层合金抗弯 强度与脱β层厚度的关系有明显的不同 这种差别与脱β层的涂层合金的变形性能得到 改善而密切相关。在冲击载荷的作用下，脱β 层的涂层合金的塑性变形量与脱β层的厚度关 系如图6.4-22所示。基体脱β层的厚度越大， 刀具越能缓和冲击。
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概述
顾名思义，物理气相沉积就是用物理方 法将所需材料蒸发并沉积在基体表面上 形成涂层的工艺。 根据不同的固体材料的原子结构，工艺 技术可被划分为两类： 一类以蒸发为基础（气相沉积）； 一类则采用阴极溅射（阴极溅镀）。 图6.4-31是这些主要工艺技术的分类图。
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1.4.2氧化铝基涂层
随着切削速度的不断提高，切削刃会出现很高 的温度。因此影响刀片磨损的常规材料性能发 生了重大改变。在三个涂层材料中――碳化钛、 氮化钛和氧化铝，在1000℃下氧化铝的优点： 最高的硬度 最低的导热率， 最小的切削刃塑性变形的危险 最高的化学稳定性 焊接到铁基材料的趋势以及摩擦系数也很低
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1.4.3铣削用涂层 铣削用涂层
用于铣削的可转位刀片要求具有韧性高、 对裂纹不敏感和刃口涂层不易剥落的特 点。涂层总厚度必须限制在3－5μm之间。 图6.4-14展示了两个铣削用的CVD涂层， 两者都具有细晶粒基体结构。 图6.4-15证明了图6.4-14中的复合陶瓷涂 层切削性能的提高程度。
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1.5贝内克斯涂层简介 贝内克斯涂层简介
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2,物理气相沉积涂层 （PVD) 物理气相沉积涂层
2.1概述 2.2PVD气相沉积工艺 2.3涂层的形成 2.4电弧蒸发沉积 2.5阴极溅射 2.6PVD涂层硬质合金的应用
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2.1概述
工具行业在成功地应用CVD涂层的同时又开发 出了一种很有价值的涂层工艺，即PVD涂层工 艺。为了寻找降低CVD涂层工艺的高温，人们 做了大量的研究工作。其中中温CVD 涂层技术 有着特殊的意义。 但是，低温沉积硬质材料步子迈得最大的还数 PVD技术和最近的等离子体CVD工艺。两种工 艺都能在500℃左右沉积涂层，这样，含有对 温度敏感的高速钢的硬质合金工具也可以涂层 了。
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氧化铝涂层技术
通常采用基体表面进行预处理或在沉积氧化铝 之前在硬质合金表面上先涂一层碳化物或碳氮 化物的办法来克服这些问题。 应用最新的技术有可能沉积厚氧化铝涂层，但 晶粒结构稍粗。 这一独特的CVD陶瓷涂层给人们带来了复合涂 层的概念，即在陶瓷涂层和薄薄的氮化钛涂层 之间反复交替。
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表6.4-1 各种硬质涂层材料及其硬度
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涂层硬质合金的优点
a．具有较高的室温和高温硬度，从而可提高工 具的耐磨性，减少硬质合金消耗； b．具有很好的抗氧化、抗月牙洼磨损性能，从 而可用于高速切削加工，提高加工效率； c．具有较小的摩擦系数，从而可降低切削力， 减小功率消耗，节约能源； d．被加工工件具有较高的表面光洁度； e．具有良好的通用性，从而可精简硬质合金的 牌号。
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图6.4-21 WC-20%β-Co和WC-10－ 和 － 40%β（N）-Co合金的表层结构 （ ） 合金的表层结构
高碳合金，钴含 量为16.4vol％， β相为30：70 β （N)中的N含量 为4％
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图6.4-25 基体表面有、无脱β层涂层态试样 基体表面有、无脱 层 上的裂纹
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图6.4-36 电弧蒸发涂层设备的原理图
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图6.4-37 电弧蒸发涂层设备中阴极辉点的 轨迹
左：不受控电弧
右：受控电弧
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图6.4-38 电弧蒸发PVD涂层设备外貌 电弧蒸发 涂层设备外貌
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2.5阴极溅射 阴极溅射
直接溅射法： 该法实际上可以将所有的材料用作阴极。 阴极材料溅射到基体上时不会发生任何 形式的分解，如由熔点相差很大的金属 炼成的合金（如TiAl、Al2O3）。该法涂 层速度可达3µm/h。借助于额外的氩气 （压力约为10-2mbar）和采用相应的靶材， 该法就能直接溅射硬质材料。
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铣削用CVD涂层 图6.4-14 铣削用 涂层
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1.4.5中温 中温CVD涂层 的特点 涂层 中温
中温CVD 涂层的温度比较低，减少了涂层与基体之 间的相互作用，防止了基体的脱碳。 中温CVD涂层的速度比较高。与普通CVD涂层相比， 中温CVD 涂层 的速度要高两倍。 基体上的热负荷较低,从而降低由于涂层和基体的热 失配而产生的界面应力。 中温CVD 涂层可保证较好的制品尺寸稳定性。 中温CVD 涂层比较厚，最大可达30微米，大大提高 了刀片的耐磨性和连续使用寿命。
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1.4.6脱 层基体涂层硬质合金的结构、 1.4.6脱β层基体涂层硬质合金的结构、 性能
脱β层基体的CVD涂层采用标准的涂层方法进 行。试验采用WC-9%β(N)-5.6%Co合金为基体， 在1000℃下沉积TiC涂层，涂层厚度控制在7µm 左右。试验表明： a.涂层与基体之间均产生η－相，而且无论脱β层 的厚度如何，η－相层均很薄。 b.同时脱β层内的钴含量均高于合金内部的钴含量， 其量大约为合金内部钴含量的1.4倍，而与脱β 层的厚度无关。
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2.5阴极溅射 阴极溅射
反应溅射法： 用硬质化合物的金属组元作靶材，如Ti，然后 将反应气体通人溅射气体（如Ar+N2）中。因 为溅射出来的原子比气化出来的处于一种更激 活的状态，所以即使在较低的温度下该法也能 获得良好的粘结。 直到磁控阴极溅射技术（通过磁场作用电子被 迫在圆形轨道上运行，从而离子化程度提高） 开发出来后，涂层速度才有了明显的提高（3 －10µm/h）。
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图6.4-7 1969年Widia公司推出的涂层 年 公司推出的涂层 刀片
超硬TiC涂层，4-8厚 涂层， 厚 超硬 涂层 硬质合金基体 耐 磨 性 Widia的TiC涂层刀片 的 涂层刀片
普通刀片 韧性
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1. 4.1碳化钛和氮化钛涂层 碳化钛和氮化钛涂层
碳化钛涂层的意义不仅在于它被用来探 索硬质材料涂层中的许多难题，而且在 于它常被用作复合涂层的组成部分。 涂层的抗磨损性能首先用月牙洼的深度 和后面磨损的宽度来评估。这些特性值 通过在一定条件下对选定的工件材料进 行车削而获得（图6.4-9）。
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图 6.4-9 切削试验示意图
KT=月牙洼深度
排屑面
VB=后面磨损高度 a=切削深度
涂层
刀片基体 后面 工件材料
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1.4.1碳化钛和氮化钛涂层 碳化钛和氮化钛涂层
对分别涂有TiC和TiN涂层的可转位刀片 进行切削能力的对比发现：TiC具有较好 的抗后面磨损性能，而TiN在降低月牙洼 磨损方面则显得特别有效。采用TiC和 TiN的双层涂层就可将这两个优点结合在 一起。此类型涂层的进一步的开发是对 TiC和TiN涂层之间的过渡层进行了改进， 即过渡层为一层具有明显碳和氮成分梯 度的Ti(C,N)层
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图6.4-39 阴极溅射装置的原理图
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2.6PVD涂层硬质合金的应用 涂层硬质合金的应用
图6.4-34 CVD和PVD涂层刀片铣削性能 对比 图6.4-35 CVD和PVD的TiN涂层刀片加工 不同材料时的性能对比 图6.4-36 PCVD和PVD涂层刀片的使用寿 命对比
硬质合金的涂层技术
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概述
硬质合金的表面强化处理技术有很多种，但其 中应用的最成功、最广泛的是CVD和PVD涂层 技术。 硬质合金的涂层技术是六十年代后期发展起来 的一项先进技术，是硬质合金领域中具有划时 代意义的重要技术突破。它的出现为解决硬质 合金耐磨性和韧性相互矛盾的问题提供了一条 极为有效的途径。
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氧化铝涂层技术
通过对CVD技术的进一步的开发，现在已有可 能生产较厚的氧化铝涂层。 图6.4-13展示了两款现代陶瓷涂层。图的上半 部是一个分别由TiC、Ti(C,N)、TiN和Al-O-N 的11个独立的涂层复合而成的。细晶粒Al-ON(氧氮化铝)涂层结构是通过沉积每一薄涂层 而获得的。 图6.4-13的是一个下半部由TiN、TI(C,N)和上 半部由厚Al2O3涂层构成的涂层。
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脱β层基体涂层硬质合金的结构、性能 层基体涂层硬质合金的结构、
CVD涂层硬质合金的断裂是在涂层内的裂纹以 及在承受载荷时产生的裂纹在向基体内扩展的 瞬间发生的。根据公式6.4.7分析如下： 在有脱β层的情况下，式（6.4.7）中的σo和ρ均 比无脱β层的情况下大一些，因此，由于脱β层 的存在，σm自然会提高，从而可有效地阻止裂 纹的扩展。当脱β层超过一定值后，σm 则保持 不变。这说明涂层中的裂纹在向基体表面的脱 β层中扩展时受到有效的抑止。
201β层的厚度 图6.4-27 断续车削时基体表面脱 层的厚度 对涂层硬质合金刀片崩刃的影响
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