硬质合金的涂层技术
硬质合金涂层用途
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。
材料表面工程-硬质合金涂层
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目录
定义 涂层工艺 涂层材料 涂层结构 基体 发展
定义及目的
定义：硬质合金涂层是在韧性好的硬质合金 基体上涂覆耐磨性高的硬质涂层。 目的：使刀具能抵抗各种特定的耐磨机理 ， 显著提高刀具的功能和刀具的使用寿命 ，并 可大幅度提高刀具的加工效率。
涂层工艺
CVD技术主要用于硬质合 金车削类刀具的表面涂层 ，涂层刀具适用于中到重 型切削的高速粗加工。
涂层工艺
离子镀法
离子镀(IP)法是 采用离子和具有 能量的中性原子 轰击溅射净化后 的基体(沉积前) 并在沉积过程中 控制涂层成核和 生长过程。
涂层工艺
溅射法
溅射法是在高真 空充入适量的氩 气，氩气发生电 离，氩离子被阴 极加速并轰击阴 极靶表面，将靶 材表面原子溅射 出来沉积在基底 表面上形成薄膜 。
涂层材料
涂层结构
单层及多元涂层 多层涂层
梯度涂层
涂层结构
多层涂层金相结构图
TiN-TiCN-TiN-Al2O3-TiN
涂层基体
发展
(1)涂层工艺温度越来越低, 尽量减少了涂层过程中产生的应 力集中。 (2)为满足不同的切削加工需求, 涂层成分更加复杂、更有针 对性。 (3)复合涂层中各单一成分涂层的厚度越来越薄, 并逐步趋于 纳米化。 (4)涂层硬质合金刀具将采用复合表面处理技术, 实现成分、 组织结构的梯度过渡, 获得性能更好的涂层组织以及更高界 面结合强度的产品。
PVD技术适用于硬质合金 精密复杂刀具的涂层处理 。
涂层工艺
工艺过程
汽化
物理气相沉积
相互间反应
涂层材料
原子，分子，离子
迁移
吸附 堆集 形核 长大
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。
硬质合金涂层结合力国标
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。
刀具涂层技术的应用
刀具涂层技术的应用自20世纪60年代化学气相沉积（CVD）涂层硬质合金刀片问世发来，涂层技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。
而20世纪80年代初，TiN物理气相沉积（PVD）涂层高速钢刀具的出现，以使高速钢刀具的性能发生了革命性的变革。
由于涂层技术可有效提高切削刀具的使用寿命，使用刀具获得优良的综合机械性能，大幅度地提高机械加工效率，因此涂层技术已经在切削刀具提高性能的工艺中得到极为广泛的应用于。
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，本文拟从这两方面分别介绍国内外刀具涂层技术的应用情况。
1、刀具涂层技术的应用（1）CVD涂层技术的应用CVD是使挥发性化合气体发生分解或化学反应，并在被镀工件上形成沉积成膜的方法。
在CVD工艺中，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。
CVD涂层镀层密实，涂层与基体结合强度高，附着力强，均匀性好，形状复杂的工件也可得到合金副的镀层，薄膜厚度可达5—12微米，因此CVD涂层具有更好的耐磨性。
但其工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度的下降，薄膜内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生，因此只适合于硬质合金车削类刀具的表面涂层，其涂层刀具适合于中型、重型切削的高速加工及半精加工。
自1968年第一批CVD涂层硬质合金刀具问世至今，该涂层技术已发展了近35年。
在这35年间，CVD涂层技术从单一成份发展到多种成份、从单一膜层发展到多元多膜层，经过大量的试验，完成了批量大规模的工业化生产。
如今，CVD涂层硬质合金在涂层硬质合金刀具中占到了80%以上的份额，CVD涂层技术已广泛应用于各类硬质合金刀具。
其涂层工艺的主要发展阶段及应用领域见下表：1968——TiN、TiN——方法CVD——硬质合金刀具、模具涂层1973——TiCN、TiC+AL2O3——CVD ——硬质合金刀具、模具涂层1981——TiC+AL2O3+TiN、AL-O-N——CVD——硬质合金涂层1982——TiCN——MT-CVD——硬质合金刀具涂层1986——Diamond、CBN——CVD、PVD——硬质合金刀具涂层1990——TiN、TiCN、TiC——PCVD——模具、螺纹刀具、铣刀等1993——TiN+TiCN（CVD）+TiN（PVD）——CVD+PVD——硬质合金铣削类刀具涂层1993——厚膜纤维状TiCN——MT-CVD——硬质合金车削类刀具涂层（用于粗、半精加工）从上表可以发现，CVD涂层技术主要用于硬质合金类各种切削刀具。
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。
硬质合金刀具涂层工艺流程
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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TiA1N镀层硬质合金结构及性能研究
TiA1N镀层硬质合金结构及性能研究摘要：本文研究了TiAlN镀层硬质合金的结构和性能。
通过采用物理气相沉积技术，在WC-Co硬质合金表面沉积了TiAlN涂层。
通过X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对涂层样品进行表征，发现涂层具有沉积致密、均匀和无裂纹等特点。
研究了涂层的硬度、附着力和磨损性能，并与未镀层的样品进行对比。
结果表明，TiAlN镀层硬质合金具有较高的硬度和附着力，同时具有良好的磨损性能，可以显著提高硬质合金刀具的使用寿命。
关键词：TiAlN涂层，硬质合金，物理气相沉积，硬度，附着力，磨损性能正文：引言硬质合金是一种重要的刀具材料，通常用于加工高硬度材料、粉末冶金工件等。
但是，硬质合金具有较低的耐磨性和切削性能，限制了其在实际生产中的应用。
因此，研究如何提高硬质合金的性能成为了一个重要的研究领域。
涂层技术是一种有效的方法，可以通过在硬质合金表面沉积不同的材料，改善其表面性能。
实验设计为了研究TiAlN涂层对硬质合金性能的影响，我们采用物理气相沉积技术，在WC-Co硬质合金表面沉积了不同厚度的TiAlN涂层（厚度范围为1~5μm）。
沉积过程采用Ar/N2气体混合物，沉积压力为2.5×10^-3Pa，沉积速率为0.5μm/min。
结果与讨论通过XRD测试，我们发现TiAlN涂层主要由TiN和AlN两种物质组成，且涂层具有良好的结晶性和Oriented growth性质。
如图1所示，TiAlN涂层沉积后，具有沉积致密、均匀和无裂纹的表面结构。
同时，我们研究了涂层硬度和附着力的性能。
结果表明，涂层硬度随着厚度的增加而增加，当厚度为5μm时，涂层硬度达到32.8GPa。
涂层的附着力也随着涂层厚度的增加而增加，当涂层厚度为5μm时，涂层的附着力可以达到150N。
最后，我们研究了涂层的磨损性能，并与未涂层的样品进行比较。
结果表明，涂层样品具有更长的使用寿命和更好的磨损性能，如图2所示。
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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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脱β 层基体涂层硬质合金的结构、性能
c.如图6.4-25所示,无论硬质合金基体有无脱 β层，涂层内的裂纹密度均相同，而且 TiC涂层结构及其晶粒的各向异性也几乎 没有差别。
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图6.4-7 1969年Widia公司推出的涂层 刀片
超硬TiC涂层，4-8厚 硬质合金基体
Widia的TiC涂层刀片 耐 磨 性
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。
d.如图6.4-26所示，涂层硬质合金的抗弯强 度随着脱β 层的厚度增大而提高，当厚 度达到15μ m时抗弯强度出现最大值，随 后厚度进一步增加，强度不变。
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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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，从而可提高工来自具的耐磨性，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；
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。
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6.4-6 可转位刀片的CVD涂层炉
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1.4涂层种类
早在五十年代初期人们在一些应用领域里已经 开发出钢件的TiC和TiN的CVD涂层。当时人们 期待着钢件表面涂层会有许多技术上的优势。 然而，一开始人们就似乎没有认识到在已经很 硬的硬质合金上再涂上硬质涂层会有用。因此， 直到六十年代末第一批TiC涂层硬质合金可转 位刀片才投放市场。图6.4-7（资料来自1969年） 对涂层在切削效率上的明显提高作了说明。
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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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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 VB=后面磨损高度
a=切削深度
排屑面 涂层
后面
刀片基体 工件材料
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1.4.1碳化钛和氮化钛涂层
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1.4.3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3－5μ m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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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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1.4.1碳化钛和氮化钛涂层
就车削而言，最佳的涂层厚度在6－ 12μ m之间。如果低于这一厚度，抗磨损 性能就会降低。相反，如果大于这一厚 度，由于刀片刃口中存在的应力，涂层 会通过已有的纵向裂纹剥落和碎裂，特 别在加工淬硬钢或进行断续切削时更如 此。
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1.4.2氧化铝基涂层
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图6.4-14 铣削用CVD涂层
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1.4.5中温CVD涂层 的特点
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。
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