PVD涂层硬质合金刀片
硬质合金切削刀具材料介绍和基本知识
1.5 碳化物的一些主要性质
碳化物 晶格类型
Cr3C2 Mo2C WC
VC NbC TaC TiC ZrC HfC
斜方晶格 密排六方 简单六方 面心立方 面心立方 面心立方 面心立方 面心立方 面心立方
密度 g/cm3 6.68 9.18 15.7 5.36 7.56 14.48
WC-TiC-TaC（NbC）-Co硬质合金
在WC-TiC-Co硬质合金中加入适当的TaC，可提 高其抗弯强度（显著增加刀刃强度）、疲劳强度 和冲击韧性，提高耐热性、高温硬度、高温强度 和抗氧化能力，提高其耐磨性，增加抗月牙洼磨 损和抗后刀面磨损能力。这类合金兼有WC-TiCCo及WC-TaC-Co合金的大部分最佳性能，它既 可用于加工钢料（主要用途），又可用于加工铸 铁和有色金属，故常被称为通用合金（代号 YW）。这类合金通常用于加工各种高合金钢、 耐热合金和各种合金铸铁、特硬铸铁等难加工材 料。如果适当提高含钴量，这类硬质合金便具有 更高的强度和韧性，可用于对各种难加工材料的 粗加工和断续切削。
几种材料的物理机械性能
材料
熔点 密度 (°C) (g/cm³)
硬度 (HV)
弹性模量 抗高温 (kN/mm²) 氧化性能
TiC
3067 4.93
3200
470
TiN
2950 5.40
2500
590
Al2O3
2047 3.98
2100
400
硬质合金
1400~1800
高速钢 1500 7.8
900
一般 一般 很好
4.9 6.73 12.2
显微硬度 弹性模量 导热率
硬质合金刀具涂层制备中与cvd法相比pvd法的优点
硬质合金刀具涂层制备中与cvd法相比pvd法的优点在制造那些很厉害的刀具的时候，有一种特殊的技术叫涂层制备，就像是给刀具穿上一层保护衣一样，让它们变得更加强大。
这里面有两种常见的方法，一种叫CVD 法，另一种叫PVD法。
今天，就一起来看看PVD法比起CVD法，都有哪些优点！PVD法就像是一个非常细心的小工匠，它能把涂层做得很均匀。
比如说，想象一下我们要给一个小蛋糕涂上奶油，PVD法就可以把奶油非常均匀地涂抹在蛋糕的每一个地方，不会有的地方厚，有的地方薄。
而CVD法，有时候就像一个有点粗心的小伙伴，可能会让涂层涂得不太均匀。
刀具要是涂层不均匀，就好像我们穿的衣服有的地方厚有的地方薄，那肯定不舒服，刀具用起来也会不太好。
再来说，PVD法干活的温度比较低。
这就好比我们做饭的时候，有的锅用小火就能把菜做得很好吃，PVD法就像是这个小火做饭的好方法。
它不像CVD法那样，需要很高的温度。
温度太高的话，就像夏天在大太阳下待太久，刀具可能会变得有点“虚弱”，它的性能就会受到影响。
而PVD法用比较低的温度来给刀具涂涂层，刀具就不会受到太大的伤害，还能保持自己的好状态。
还有，PVD法这个小能手对环境也很友好。
就像我们要爱护我们的校园环境一样，PVD法在工作的时候，产生的污染很少。
而CVD法有时候会产生一些不太好的东西，就像有的小朋友在教室里乱丢垃圾一样，会让环境变得不太好。
PVD法就很乖，不会给环境捣乱，这样大家都能开开心心的。
而且，PVD法的反应速度还挺快的。
就像跑步比赛，PVD法就像那个跑得很快的小朋友，能很快地把涂层做好。
这样刀具就能更快地穿上它的“保护衣”，去发挥它的作用，不像CVD法有时候会慢悠悠的。
现在你们知道了，在硬质合金刀具涂层制备里，PVD法比起CVD法有好多优点，它能让刀具变得更厉害，还能保护环境，就像我们班级里的优秀小标兵一样！。
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。
京瓷刀片样本 瓷金 正前角 刀片
P ○ ○○ ○ M
K
N
S
H
尺寸 (mm)
瓷金
PVD 涂层瓷金
R
● CVD 涂层硬质合金
○
硬
PVD 质
涂层 硬质合金
合 金
一般钢
不锈钢
灰口铸铁
球墨铸铁
非铁金属
耐热合金
钛合金
高硬度材料 刀 把 参 考 页 数
用途分类
: 断续加工 / 第一选择 : 断续加工 / 第二选择 : 轻断续加工 / 第一选择 : 轻断续加工 / 第二选择 ● : 连续加工 / 第一选择 ○ : 连续加工 / 第二选择 ( 在高硬度材料硬度低于 45HRC 的情况下 )
●
09T304FN-Z 0.4 ● ●
●
09T308FN-Z 0.8
●
CCGT 060201
0.1 ●●●● ●●
●
060202
0.2 ●●●● ●●
●
060204
0.4 ●●●● ●●
●
CCGT 09T301
0.1 ● ●● ●●
●
09T302
0.2 ●●●● ●●
●
09T304
0.4 ●●●● ●●
(mm) α 11° 11° 11°
R
A
80˚
刀片
有方向表示的刀片的图示 为左手方向（L）
TЋ 型号
ød
TN6020 TN30 TN60
PV7020 PV30 PV60 PV90
CA5505 CA5515 CA5525 CA5535 CA5025 CR7025 CA6015 CA4010 CA4115 CA4120 CR7015 PR915 PR930 PR660 PR905 KW10
氧化铝刀具涂层
就是氧化铝（刚玉－α-Al2O3）材料。
• 纯Al2O3在低温下存在十多种晶型，但主要的有三种：即α- Al2O3、 β- Al2O3、γ- Al2O3，所有的晶型在温度超过1600℃以上，都会转变 成高温稳定的α- Al2O3（刚玉），这个转变是不可逆的。一般Al2O3 硬度是很低的，只有刚玉型α- Al2O3的硬度（莫氏硬度为9）才是很 高的，刚玉才能作切削工具和耐磨件。
• 由于氧化铝薄膜具有令人关注的优异性能，如高温稳定性、化学稳定 性、低的热导率和电导率等，目前利用化学气相沉积(CVD)涂覆氧化 铝薄膜作为耐磨涂层材料已广泛应用于硬质合金切削刀片。它在其它 领域没有得到广泛应用的主要原因是这类涂层的工业规模制备需利用 高温CVD进行处理。虽然CVD处理方法有许多优点，但其最大的缺点 是在处理过程中需要高温(1000℃)，这限制了CVD工艺在硬质合金刀 具上的应用，高温将导致硬质合金刀具韧性的降低而变脆。
⑶、冷压烧结（CP）——料必须加入烧结助剂，室温下模压成坯，压坯 在真空下或常压气氛下进行烧结，温度一般须在1800℃以上。制品孔隙较高、 晶粒粗、以及烧结助剂的不利影响，使刀具的性能降低。
• ⑷、放电等离子烧结（SPS）——是利用脉冲加热使粉末体内部自身 发热而进行的，使粉末脉冲放电活化烧结。放电等离子烧结，是基于 热压的最先进工艺，最新报导可以生产纳米级（0.3μm以下）的氧化 铝陶瓷刀具。
• 利用物理气相沉积(PVD)溅射技术在350～600℃的温度范围内沉积氧 化铝，是由 (Hauzer)技术镀层公司开发的一种新工艺。该工艺大大拓
宽了氧化铝的应用领域，低的沉积温度使它能在其它材料如高速钢和 模具钢上能进行涂镀处理。
2.氧化铝涂层的技术
• CVD目前仍然是唯一能经济地生产高质量Al2O3涂层的技术。目前有 三种Al2O3相（a-Al2O3，k-Al2O3和g-Al2O3）能以受控方式进行 CVD沉积。
硬质合金刀具涂层
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。
一种PVD涂层硬质合金切削刀片及其制作方法[发明专利]
![一种PVD涂层硬质合金切削刀片及其制作方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ca7b6d911711cc7930b71650.png)
专利名称：一种PVD涂层硬质合金切削刀片及其制作方法 专利类型：发明专利 发明人：赵晓晓,林亮亮,钟学香,邹伶俐,李凌祥 申请号：CN201910629926.X 申请日：20190712 公开号：CN1104 08893A 公开日：20191105
摘要：本发明公开了一种PVD涂层硬质合金切削刀片及其制作方法，该切削刀片包括基体和基体 上涂覆的涂层，涂层包括单层或多层的MeAl X涂层，Me为化学元素T i、Z r 、H f、V、Nb、T a、 Cr、W、Mn和Si的其中一种或是几种，X为化学元素N、C、O和B的其中一种或几种；MeAlX涂层 中，紧靠基体处涂层内应力控制在1Gpa到‑4 Gpa范围内，表层处涂层内应力控制在‑3Gpa到‑9GP a范 围内，中间区域涂层内应力控制在为‑2Gpa到‑9GPa范围内。本发明以MeAlX涂层为主要功能层，通 过涂层工艺控制涂层内部的应力分布，使涂层从底层到表层具有不同的应力分布并分别控制在不同的 范围内，从而能大幅度改善涂层硬质合金切削刀片的切削性能寿命。
申请人：厦门金鹭特种合金有限公司 地址：361000 福建省厦门市湖里区兴隆路69号 国籍：CN 代理机构：厦门市首创君合专利事务所有限公司 代Hale Waihona Puke 人：连耀忠 更多信息请下载全文后查看
[精读]pvd常用涂层种类与厚度的选择
![[精读]pvd常用涂层种类与厚度的选择](https://img.taocdn.com/s3/m/5f2c5e6f30b765ce0508763231126edb6f1a7602.png)
00PVD常用涂层种类与厚度的选择作者：王焱庆出处：中国刀具商务网时间：2011-08-2400实现涂层的高性价比应用取决于许多因数，对于每种特定的加工应用而言，通常只有一种或几种可行的涂层选择。
涂层及其特性的选择是否正确决定着加工性能明显提高与几乎没有改善之间的区别。
因此根据加工的速度，冷却方式，被加工材料，加工方式等详细的参数来选择合适的涂层是必须的。
以下是我们PVT涂层公司根据无数次试验的涂层选择推荐：一)涂层种类选择1)氮化钛涂层(TiN)TiN是一种通用的涂层，可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度。
用途：高速钢切削工具，慢速加工工具(如低速车刀粒)，耐磨零件，注塑模具。
2)氮碳化钛涂层(TiCN)TiCN涂层是在TiN的基础上添加碳元素，以提高涂层的硬度和低的摩擦系数。
用途：高速钢刀具，冲压模具，成型模具3)氮铝钛(TiAlN)、氮钛铝AlTiN俗称：中铝(Al:Ti=50:50)、高铝(Al:Ti=67：33)以上，TiAlN/AlTiN涂层在加工过程中形成的氧化铝涂层可以有效提高加工工具的高温加工寿命，AlTiN涂层的抗高温氧化比TiAlN要高100度左右。
用途：硬质合金工具(加工材料硬度低于HRC45时建议用TiAlN,加工材料硬度高于HRC45时建议使用AlTiN涂层。
)，薄壁件冲压模具(TiAlN)，压铸模具(AlTiN)4)氮化铬涂层(CrN)CrN涂层具有良好的抗粘结性，抗腐蚀性，耐磨性。
用途：加工铝合金，红铜的刀具，注塑模具，零件(特别是有润滑油浸泡)5)CBC (DLC)PLATIT CBC涂层的组成为TIN+TICN+DLC结构。
具有摩擦系数较低，耐磨损，膜层应力小好等优点用途：润滑涂层，成型模具，铝合金等粘结性强材料冲压模具。
二)涂层厚度的选择：刀具：刃部直径8mm以上：2.5~ 3um (刀粒亦按此要求)，刃部直径4~6mm：2~2.5um刃部直径4mm以下：1.5~2um模具：五金模具、冲压模具，一般塑胶模具，压铸模具：2.5um，拉丝模具，大型模具：3um，镜面或高精密蚀纹模具：1um.左右00TiAlN涂层刀具的发展与应用（摘抄）00作者：刘建华邓建新张庆余出处：时间：2011-09-2100摘要：TiAlN涂层作为一种新型涂层材料，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性，有望部分或完全替代TiN ，尤其适用于高速切削。
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刀片材
质
●PVD涂层硬质合金
京瓷公司尚乐特系列的PVD涂层硬质合金是以陶瓷的精细薄
膜技术为基础的，并在铣削加工，车螺纹加工，切槽加工以
及不锈钢的切削中有良好的表现。
通过非常强韧的硬质合金母材和独具的涂层技术实现了优秀
的耐磨损性和涂层薄膜的高速结合性，使刀具寿命更长，加
工稳定。
● 特点
• 从低速加工到高速加工，精加工到重加工都十分适合。
• 高韧性使加工稳定。
• 特殊TiN基础的涂层可做到良好的精加工表面和高精度加
工。
● PVD涂层超硬合金区域图● PR830 涂层● 涂层特性
■ PVD
涂层硬质合金的特性
■ 应用
P
V
D
涂
层
硬
质
合
金
20
21
刀片材质■ 切削数据
P V D 涂层硬质合金。