涂層供貨商科匯鈦力有限公司總經(jīng)理郭光宇先生介紹，涂層已由最初的單層，發(fā)展至多層及漸變層（Gradient）的結(jié)構(gòu)；其中，TiN、TiCN、TiAlN、AlTiN、CrN及TiAlCN已成為傳統(tǒng)涂層。發(fā)展至今，納米多層、納米結(jié)構(gòu)（例如：CrTiAlN, TiAlN/SiN、CrAlN/SiN及CrTiN）已進一步得到普及應(yīng)用。接下來，多層混合式結(jié)構(gòu)涂層（Triple Coating）將成未來重要的涂層結(jié)構(gòu)。

　　他介紹，多層混合式結(jié)構(gòu)涂層是由三個階段沉積而成，底層是薄而硬的附著層（Adhesion Layer），中間是由單層或階梯式結(jié)構(gòu)組成的AlTiN階梯式核心層，而外圍是納米結(jié)構(gòu)層，納米硬度更高達50 GPa，且有極高的耐熱性，在1,200℃ 高溫下仍能保持工件的穩(wěn)定性。

　　由此可見，多層混合式結(jié)構(gòu)涂層成為了其中一種發(fā)展主流。但他補充，涂層種類的使用多樣化，廠商如何選擇，主要是視乎應(yīng)用。例如，銑削刀具適合選用多層混合式結(jié)構(gòu)涂層，其多層式的結(jié)構(gòu)有效減低刀具裂開的情況。

　　涂層技術(shù)是提升刀具性能的主要手段之一。通過涂層提高了切削刀具抗各種磨損的能力，延長了刀具的壽命，提高了被加工零件的表面精度，也提高了切 削速度和進給速度，從而提高了金屬切削效率。今天，在切削刀具主流材料的硬質(zhì)合金中，涂層硬質(zhì)合金刀具占了80%，而其中CVD（化學(xué)涂層）又占了60％ ～65%，其余為PVD（物理涂層）。

　　在CVD涂層方面，包括TiCN、TiC、TiN、ZrCN和Al2O3等各種 化合物的多層復(fù)合涂層對改善涂層的綜合性能，如結(jié)合強度、韌性、耐磨性和抗磨性及耐腐蝕性具有良好的效果。現(xiàn)在典型的VCDTiN（外層）+ Al2O3（中層）+TiCN（內(nèi)層）多層式結(jié)構(gòu)正在從涂層工藝上和涂膜的厚度上得到進一步改善。MTCVD（中溫化學(xué)涂層）因有較低的工藝溫度和較快的 沉積速率使得涂層與基體分界面上的脆性η相最小化，同時減少了在高溫CVD涂層中常見的由高溫導(dǎo)致的拉伸裂紋，因此，MTCVD TiCN涂層已成為CVD多層涂層中的一個主要構(gòu)成，這種MTVCD已用于α- Al2O3涂層，如ISCAR的α-IC9150、α-IC9250、α-IC9350和α-IC4100等，提升了涂層與基體的結(jié)合強度和抗后面磨損、 前面磨損和抗粘附的能力。

　　在PVD涂層方面，也從單一的TiN或TiCN或TiAlN涂層發(fā)展到現(xiàn)在的復(fù)合涂層即硬涂層+軟涂層。為適應(yīng)更高切削 速度和干式切削的要求，涂層刀具的紅硬性成為近幾年P(guān)VD技術(shù)的開發(fā)熱點。TiAlN的改進涂層AlTiN提高了薄膜中Al的含量（Al含量大于 50%），提升了涂層的紅硬性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化的性能，如ISCAR的Al-IC910（加工鑄鐵和鋼）、Al-IC900、Al-IC930（加工 鋼、不銹鋼、硬鋼、鑄鐵、高溫合金等）。

　　現(xiàn)代刀具涂層發(fā)展的一個重要特征就是復(fù)合化，為了提高其綜合性能，涂層材料復(fù)合、涂層層復(fù)合以及 CVD與PVD復(fù)合，如ISCAR的DT7150（K05-K25）通過MTCVD Al2O3和PVD TiAlN復(fù)合涂層，提高了材質(zhì)的綜合性能，用于高速加工灰鑄鐵和球墨鑄鐵。而多樣化是刀具涂層發(fā)展的另一個趨勢，有各種氮化物、氧化物涂層材料，還有 TiB、SN涂層、金剛石涂層、立方氮化硼涂層等等。多樣化的深層次原因是專業(yè)化，即針對不同的需求采用不同的涂層，并能對涂層的組分、百分比、結(jié)構(gòu)及厚 度在更大范圍內(nèi)加以控制和改變，以適應(yīng)不同的被加工材料和不同的切削條件，從而顯著地提高刀具的切削性能。如CrAlN涂層，以Cr元素替代Ti元素，具 有3200HV硬度和1100℃的氧化溫度，與TiAlN相比韌性更好，更適合斷續(xù)切削和難加工材料的加工；以Si元素代替Al元素的涂層可獲得用于硬切 削的TiSiN，也可獲得有潤滑性的CrSiN，更適合用于鋁、不銹鋼等粘附性強的材料加工。此外，涂層材料的細微化是現(xiàn)代刀具涂層發(fā)展的另一個令人關(guān)注 的趨勢，納米復(fù)合涂層正在越來越多的地方得到應(yīng)用。在未來，刀具涂層將是一個系統(tǒng)的概念，即刀具涂層必須根據(jù)不斷變化的現(xiàn)代切削應(yīng)用條件來進行系統(tǒng)的組 合，這是一種與傳統(tǒng)觀念中的“在刀具上涂覆一層薄膜”截然不同且復(fù)雜得多的系統(tǒng)工程方法，這需要我們進行系統(tǒng)思考。

　　刀具涂層進展概況

　　現(xiàn)代切削面臨著不斷發(fā)展的高速、高效、高精加工要求和愈來愈多的高強度、高韌性、難切削等高能級材料，加之硬加工、干切削等切削要求日新月異， 使得切削刀材料難以滿足日趨復(fù)雜的綜合切削性能要求。若在材料的整體性能上去滿足要求，不僅在資源的利用上極不經(jīng)濟，同時在材料技術(shù)方面也是高難度，甚至 是難以達到的?？紤]到切削過程表面作用是第一性的特點，就可通過材料表面改性技術(shù)的方法來賦予切削刀具的綜合切削性能。實踐表明，作為刀具材料表面改性技 術(shù)之一的化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）工藝技術(shù)，在現(xiàn)代切削刀具方面的應(yīng)用取得了十分理想的效果。尤其是PVD，由于其工藝溫度低于 CVD，不會影響刀具基材的性能，且工藝方案的變化靈活，其應(yīng)用日趨廣泛，已成為現(xiàn)代刀具制造的核心技術(shù)之一，由此可以說，現(xiàn)代刀具的發(fā)展成為了刀具涂層 發(fā)展的動力，并為其創(chuàng)造了非凡的發(fā)展空間,并幾乎將發(fā)達國家所有從事涂層設(shè)備制造和涂層服務(wù)的企業(yè)都吸引到國內(nèi)來，形成了群雄并起的局面。這也就是為什么 近兩年來刀具涂層無論在數(shù)量上還是在技術(shù)水平上都得到快速發(fā)展的原因，并確實推動了我國涂層工藝技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展。

　　當前，單一涂層顯然已無法滿足現(xiàn)代刀具性能上的要求。高耐磨性、低摩擦系數(shù)的多元復(fù)合涂層、高韌性和抗沖擊性能的多層涂和梯度涂層、具有氧化膜熱障頂層和耐 熱及抗熱沖擊的復(fù)合涂層、具有耐磨、耐熱、低摩擦、高韌性等綜合性能的納米組份（顆粒）的多層涂、用于加工纖維增強復(fù)合材料的純金剛石涂層，以及各類屬專 有技術(shù)（專利）具有特殊功能的個性化涂層（如人體植入件涂層）等紛紛應(yīng)運而生。另一方面，刀具涂層亦反作用于現(xiàn)代刀具，使現(xiàn)代刀具的技術(shù)水平不斷躍上新的 臺階，達到了相互促進，共同發(fā)展的效果。

　　在涂層設(shè)備方面，高度的集成化、模塊化結(jié)構(gòu)和智能化的運作，不僅實現(xiàn)了設(shè)備的現(xiàn)代化；同時使工藝精細、調(diào)節(jié)自如、高穩(wěn)定性和高可靠性，因而可做到涂層的精益生產(chǎn)和清潔（綠色）生產(chǎn)，這是確保現(xiàn)代切削刀具成為高技術(shù)性能產(chǎn)品的有效手段。

　　可以預(yù)期，我國的刀具涂層在不久的將來會步入一個快速發(fā)展期，會出現(xiàn)越來越多的由我國自行涂層加工的高性能涂層刀具，在不斷地提高我國的切削加工技術(shù)水平，發(fā)展我國現(xiàn)代制造業(yè)方面，發(fā)揮越來越大的作用。

　　最新的刀具涂層發(fā)展

　　從1970年最先采用的CVD TiN/TiC/ TiCN 到1980年開始的PVD涂層技術(shù)，現(xiàn)代涂層技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用到刀具、模具、零部件和裝飾產(chǎn)品上。采用涂層技術(shù)可有效提高切削刀具使用壽命，使刀具獲 得優(yōu)良的綜合機械性能，從而大幅度提高機械加工效率。因此，涂層技術(shù)與材料、切削加工工藝一起并稱為切削刀具制造領(lǐng)域的三大關(guān)鍵技術(shù)。相對現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的 TiC、TiCN、CrN、TiAlN、TiAlCN，為滿足現(xiàn)代機械加工對高效率、高精度、高可靠性的要求，下一代的涂層技術(shù)將向高性能涂層技術(shù)發(fā)展， 其開發(fā)的最新一代的高性能涂層專門針對高 檔刀具，尤其是硬質(zhì)合金刀具；現(xiàn)代CNC機床的高精度、高速、大切削量加工刀具；干切削；高效率加工、大批量生產(chǎn)等場合。銑 刀和齒輪滾刀上都有很好的表現(xiàn)。針對鉆孔刀而開發(fā)的復(fù)合涂層（TiN+DLC, TiCN+DLC，AlTiN+DLC）在原有涂層的基礎(chǔ)上加DLC涂層（類金剛石涂層），從而得到極為光滑的表面，降低摩擦系數(shù)，從根本上解決深孔加工 中的排屑問題而導(dǎo)致的孔徑尺寸超差現(xiàn)象的發(fā)生。AlTiN能降低加工扭矩50%以上，從而極大地提高刀具的性能，基于TiSi涂層材料，針對硬、難加工材 料的高速切削。

　　高性能涂層在滾刀上的應(yīng)用有含Si高性能涂層，專門 針對加工速度大于120m/min，要求高速、高效的批量生產(chǎn)的滾齒加工。涂層針對高速干切削；涂層針對中要求涂層。在一組加工速度為180m/min的 干切削滾齒加工實驗中，普通的AlTiN能生產(chǎn)的齒輪數(shù)為980個/把刀，而能生產(chǎn)的齒輪數(shù)為2000個，刀具壽命提高了1倍。

　　涂層廠商應(yīng)該在充分了解客戶的產(chǎn)品應(yīng)用、需求、加工參數(shù)、設(shè)備狀況的基礎(chǔ)上，根據(jù)客戶的實際情況提供客戶化的涂層參數(shù)設(shè)計，從而最大程度地發(fā)揮涂層的性能，達到刀具的最佳壽命，增強與客戶的溝通和協(xié)作，在實際的涂層服務(wù)過程中是極為重要的。

　　減少切削污染

　　各種機電產(chǎn)品的過早失效破壞中約有70％是由磨損和腐蝕造成的，而這兩種失效方式都與材料的表面狀態(tài)（物理、化學(xué)和應(yīng)力狀態(tài)等）密切相關(guān)。因此，提高這類材料使用性能的關(guān)鍵是提高其表面性能。

　　隨著科技的發(fā)展，對材料的表面性能的要求越來越高。 近幾十年來各種氣相沉積技術(shù)的興起，使表面工程技術(shù)的研究和應(yīng)用都取得了突飛猛進的發(fā)展。這些技術(shù)不但實現(xiàn)了機械性能的要求，如耐磨、減摩和抗蝕，而且在 電磁、光學(xué)、光電子學(xué)、熱學(xué)、超導(dǎo)和生物學(xué)等與表層有關(guān)的功能材料領(lǐng)域大顯身手。表面工程學(xué)不僅使低廉的金屬材料在性能與效益方面發(fā)揮出更大的優(yōu)勢，而且 已成為研制各種新型鍍層和薄膜材料的重要手段，具有巨大的應(yīng)用潛力。

　　隨著機械加工工業(yè)水平的提高，對刀具提出了新的要求。除了提高使用壽命外還要求減少切削時的污染，盡可能使用干切削。在不能完全取消切削液的時候，盡量做到其中只含防銹劑而無有機物，這樣可以使循環(huán)回收的成本大為降低。

　　切削刀具的多樣性和使用時的工作狀態(tài)特點決定了選擇刀具鍍層的不同。車削和鉆孔不同，銑刀又應(yīng)考慮其斷續(xù)沖擊的特點。早期發(fā)展的涂層以耐磨為主要著眼點，以 提高硬度為主要指標。以氮化鈦為代表的此類涂層具有較高的摩擦系數(shù)(0.4～0.6)，加工時與工件之間不斷摩擦將產(chǎn)生大量熱能。為避免刀具過熱發(fā)生變形 影響加工精度和延長其使用壽命，通常使用切削液。

　　要解決減少或免除切削液帶來的問題，刀具鍍層不僅應(yīng)使刀具具有長壽命，且應(yīng)有自潤滑的功能。類金剛石涂層（DLC）的出現(xiàn)在對某些材料 (Al、Ti及其復(fù)合材料)的機械加工方面顯示出優(yōu)勢，但經(jīng)過多年的研究表明類金剛石涂層的內(nèi)應(yīng)力高、熱穩(wěn)定性差和與黑色金屬間的觸媒效應(yīng)使SP3結(jié)構(gòu)向 SP2轉(zhuǎn)變等三種缺點，決定了它目前只能應(yīng)用于加工有色金屬，因而限制了它在機加工方面的進一步應(yīng)用。但是近年來的研究表明，以SP2結(jié)構(gòu)為主的類金剛石 涂層(也稱為類石墨涂層)硬度也可達到20～40GPa，卻不存在與黑色金屬起觸媒效應(yīng)的問題，其摩擦系數(shù)很低又有很好的抗?jié)裥裕邢鲿r可以用冷卻劑也可 用于干切削，其壽命比非鍍層刀有成倍的提高，加工鋼鐵材料不存在問題，因而引起了涂層公司、刀具廠家極大的興趣。假以時日，這種新型的類金剛石涂層會在切 削領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。