各类涂层刀具的性能介绍与发展

多年来，国内外涂层刀具的研究主要集中在TiN涂层上，并取得了一定的成效，目前TiC、TiN等单涂层刀具已经大量产业化。为了进一步提高涂层刀具的使用性能，以（Ti，Al）N涂层为代表的多元复合涂层刀具近10年得到了广泛的应用。目前，多元多层复合涂层刀具的发展在国内尚属于起步阶段，以期获得更完善的综合性能。

涂层刀具的出现是刀具发展史上的重大突破，它具有良好的切削性能，而且涂层材料作为化学屏障和热屏障，减小了月牙洼磨损，耐磨性良好。与未涂层刀具相比，涂层刀具加工精度提高0．5～1级，刀具消耗费用降低20％～50％，耐磨性提高2～10倍，切削速度提高25％～70％，使用寿命延长3～5倍 。

单涂层刀具的切削性能

TiC系涂层刀具

TiC涂层刀具的优越性表现在高的切削速度和优良的抗机械磨损、磨料磨损性能上。用涂层刀具车削中碳钢时，其后刀面及前刀面磨损速度分别只有未涂层刀具的l／10及1／l00，具有良好的抗月牙洼磨损能力；在耐磨性相同时，其切削钢的速度可提高50％～l00％，有时可高达2～3倍；铣削45#钢时，其刀具耐磨性比硬质合金铣刀高3倍，切削效率可提高50％。TiC涂层刀具具有较小的切削力和较低的切削温度，应用温度为300℃左右。

但是，TiC涂层脆性大，不耐冲击。在沉积TiC涂层时，基体与涂层之间生成脆性的中间层η相（Co3 W3C）。这是由于C的不足，WC置换生成W2C，它与WC的粘合剂Co结合生成η相。η相过厚会造成TiC涂层的破碎。实验证明，η相控制在1～2μm时刀具耐磨性高，涂层不会产生宏观裂纹或脱落现象。

TiC涂层刀具适合在中速或高速条件下使用。这是由于在高速高温下搜企网，TiC涂层刀具具有良好的抗扩散和抗氧化性能；而在低速低温下，刀具磨损以粘结磨损和磨料磨损为主，涂层刀具表面脆性较大，抗拉强度低，而且还常常存在残余应力，容易产生剥落和崩刃现象，刀具耐磨性甚至还低于未涂层的刀具。

TiN系涂层刀具

TiN涂层月具是第一种产、业化、并在刀具行业得到广泛应用的硬质涂层刀具。目前国内外的刀具公司都有TiC和TiN涂层牌号的产品。尽管经过30多年的发展，涂层家族已出现了许多新的成员，但至今主流涂层仍是TiN涂层，同时它也是制备其它高性能涂层的基础。

与TiC涂层刀具相比，TiN涂层刀具具有更低的摩擦系数和切削变形系数，因而切削力也更小。而且它的抗粘结温度高，切削温度为500℃左右，抗月牙洼磨损性能好。TiN涂层刀具适用于硬质难加工材料及精密、形状复杂的轴承等耐磨件，对易粘结在刀具前刃面上的工件，切削效果更明显。目前发达国家中，TiN涂层刀具的使用率占刀具总数的50％～70％，有些不可重磨的复杂刀具的使用率已超过90％。经TiN涂层后的丝锥耐磨性可提高5～10倍；钻头耐磨性提高3～10倍；铣刀耐磨性提高6～10倍。TiN涂层刀具的使用寿命也得到了普遍的延长，涂层后的高速钢钻头寿命延长5～7倍；硬质合金铣刀的寿命延长3～11倍；M3滚刀的寿命提高8倍多。

Al2O3系涂层刀具

Al2O3涂层是氧化物陶瓷涂层，它的刀具切削性能优于TiC和TiN涂层刀具。Al2O3涂层刀具具有更好的化学稳定性和抗高温氧化能力金属加工网版权所有，因此具有更好的抗月牙洼磨损和抗刃口热塑性变形的能力，适用于陶瓷刀具因脆性大而易于崩刃和打刀的场合。在连续切削的条件下，涂层的耐磨性和热稳定性是影响刀具耐磨性的主要因素。

涂层刀具由于具有高的硬度和优良的抗氧化能力，其切削性能优于TiC涂层刀具；但在断续切削条件下，由于有冲击力的作用，涂层的韧性成为影响耐磨性的主要因素。Al2O3涂层刀具的韧性较差，故其耐冲击性能远不如TiC和TiN涂层刀具。用Al2O3 涂层的硬质合金刀具加工汽车铸铁刹车盘、刹车鼓和轴承盖时，其耐磨性比TiC涂层刀具高2～4倍，比普通的硬质合金刀具高6～8倍。