涂层梯度硬质合金的研究进展

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梯度硬质合金金刚石涂层刀具的切削性能研究

梯度硬质合金金刚石涂层刀具的切削性能研究1. 引言- 研究目的- 研究背景- 研究意义2. 实验方法- 实验样本制备- 实验装置介绍- 切削试验参数设置3. 实验结果分析- 切削力分析- 表面质量分析- 切削温度分析- 刀具磨损分析4. 结果讨论- 实验结果分析及比较- 合金材料/涂层对切削性能的影响- 实验结论及局限性分析5. 总结与展望- 研究总结- 研究展望- 应用前景和推广价值注：此为提纲，可根据具体情况进行修改完善。

1. 引言：随着现代制造业的发展，对金属材料加工的需求也越来越大。

在这一背景下，硬质合金金刚石涂层刀具逐渐成为了一种高效且经济实用的刀具，得到了广泛的应用。

这种刀具在切削加工的过程中表现出了良好的耐磨性、高速度、高效率的优点，有效地提高了制造成本的竞争能力。

本研究旨在探究梯度硬质合金金刚石涂层刀具的切削性能，为该领域的进一步研究和实际应用提供理论和实践基础。

1.1 研究目的随着制造业的快速发展，对金属材料加工的追求也时刻不停止。

硬质合金金刚石涂层刀具在加工效率、生产质量等方面优势明显，然而在刀具性能的实际应用中，仍然存在一些困难。

因此，本研究的目的是通过实验分析，探究梯度硬质合金金刚石涂层刀具的切削性能，期望为实际应用提供理论基础和技术支持。

1.2 研究背景刀具的发展与人类生产实践的历史特别长，现代技术的飞速发展，特别是先进材料的广泛应用，为刀具的发展历程注入了更为深刻和持久的动力。

当前，被广泛认识和采用的数种刀具有：高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、多边形刀具、CBN刀具等。

在这一系列刀具中，硬质合金金刚石涂层刀具是一种技术含量高、制造技术难度大的新型刀具。

其优点在于具有高硬度、高韧性、优良的耐磨性和热稳定性，而梯度硬质合金金刚石涂层刀具是在普通硬质合金刀具上进行硬质金刚石涂层化学镀覆的改进，可以根据工艺要求制作出表面具有梯度硬度的刀具。

在获得这种切削刀具类上的成功之后，尤其是在高速切削和干切削中，在模具切削加工领域中有着广泛的应用，因此也受到越来越多研究者的关注。

硬质及超硬涂层的研究现状及发展趋势

硬质及超硬涂层的研究现状及发展趋势综述姓名：马中红学号：139024220摘要：随着现代科学技术的不断进步，普通硬质涂层和超硬涂层有了显著的发展，部分涂层已经在某些领域实现了应用。

主要介绍了氮化物、碳化物、氧化物、硼化物等普通硬质涂层和金刚石、类金刚石（DLC）、c BN、纳米多层结构涂层及纳米复合涂层等超硬涂层的性能、应用、制备技术及其发展趋势，并对部分常见涂层面临的性能改进及其今后可能的发展方向进行了探讨。

关键词：硬质涂层；超硬涂层；应用前景；研究进展Abstract：As the advancements of modern science and technology，the conventional hard and superhard coatings have achieved remarkable development．Indeed，partial coatings even have been used in some filed．The performance，applications，preparation technique and development tendency of the conventional hard coatings of nitrides，carbides，oxidates and borides have been introduced mainly，as well as superhard coatings of diamond，DLC，c BN，nano multilayer and composite coatings．Moreover，the existing problems regarding to performanceimprovement and feasible development trend henceforth of the partial common coatings was pointed out．Key words：hard coating；superhard coating；application prospect；research progress1 引言硬质涂层是进行材料表面强化、发挥材料潜力提高生产效率的有效途径，它是表面涂层的一种，是指通过物理或化学的方法在基底的表面沉积的厚度在微米量级，显微硬度大于某一特定值（HV=20GPa）的表面涂层。

涂层梯度硬质合金的研究进展

件］。为适应各种服役条件，高使用效率，对传提针统硬质合金存在硬度高而韧性低的矛盾，们开发了人
温升至烧结温度并保温２ｈ后随炉冷却至室温Ｌ２。含氮硬质合金梯度烧结是在真空气氛中进行的，合金内部的氮活度大于表面氮活度，内部的氮原子向
维普资讯
张武装等：层梯度硬质合金的研究进展涂
涂层梯度硬质合金的研究进展
张武装，咏，刘贺跃辉，伯云黄
（中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙４０８）１０３
一
热力学耦合，以，液相烧结温度下，金内部氮原所在合子通过液相粘结剂向表面扩散的同时，面的Ｔ原子表ｉ
［－ｔ３８２
。
为了提高硬质合金切削工具的切削性能和使
用寿命，在合金的表面涂上薄层高硬度耐磨材可
３梯度硬质合金基体的涂层
为改善硬质合金的切削加工性能，业发达国家工８以上的硬质合金刀具都经过表面涂覆处理。几十Ｏ
表面进行扩散。而Ｎ原子与Ｔｉ子之间存在很强的原
诸如梯度硬质合金、细硬质合金材料超
。近年来，
随着功能梯度材料概念的提出，能梯度硬质合金正功
在发展成为当前硬质合金领域的重要研究内硬质合金基２，

世界硬质合金材料技术新进展

世界硬质合金材料技术新进展1前言自20世纪20年代德国人Karl Schroeter发明硬质合金以来,其生产技术、产量和应用范围都得到了极大的发展。

200 4年世界硬质合金的总产量约为3.8万吨<1>;我国的硬质合金产量约为1.5万吨,其中矿用合金生产量约为3300吨<2>。

尽管硬质合金的生产历史已久,但近年,基于原材料价格上涨、能源越来越紧缺、环境保护意识的增强、硬质合金产品应用领域的拓宽,以及成本降低等多方面因数的促进,硬质合金在近成型技术、涂层技术、工艺稳定性控制技术、硬质合金梯度材料技术、硬质合金非平衡复合材料技术、硬质合金材料成分-结构-性能关系研究等方面都取得了长足的进步<3>。

本文主要讨论亚微米和超细晶粒硬质合金、超粗晶粒硬质合金、梯度合金以及硬质合金-金刚石复合材料技术等方面的进展。

2亚微米和超细晶粒硬质合金<1>按照硬质合金中WC 平均晶粒度的大小,硬质合金可分为:纳米晶粒硬质合金(WC粒度<0.2μm);超细晶粒硬质合金(0.2μm<WC粒度<0.5ΜM);亚微米晶粒硬质合金(0.5ΜM<WC粒度< 粗晶粒硬质合金(WC粒度0μm<WC粒度<5.0μm);粗晶粒硬质合金(5.0μm<WC粒度<WC粒度6.0μm)。

大约在20年前,硬质合金产品主要是细、中、粗三种,之后亚微米晶粒硬质合金开始得到商业化应用。

大约在1990年之后,超细晶粒硬质合金开始得到商业化应用;与此同时,形成了纳米晶粒硬质合金的研究热潮。

细晶粒硬质合金快速发展的原因是人们发现当WC晶粒减小到亚微米尺寸后,使得硬质合金具有一些很好的使用性能。

表1为相同粘结相表1粘结相含量相同时WC晶粒度减小对硬质合金性能的影响性能提高硬度抗弯强度抗磨粒磨损性能机械疲劳寿命热疲劳裂纹的长度矫顽磁力刃口的锐度PVD涂层的粘着性能性能变化不大密度杨氏模量抗氧化性能热膨胀性能抗热震性磁饱和强度抗腐蚀性性能降低临界缺陷尺寸断裂韧性高温蠕变性能抗扩散磨损性能热疲劳裂纹的数量导热率含量下WC 晶粒度减小对硬质合金性能的影响。

硬质合金刀具涂层技术的研究进展

Ξ 文章编号:100622777(2004)022*******硬质合金刀具涂层技术的研究进展傅小明,吴晓东(江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江　212013) 摘要:　随着涂层技术的进步,使得硬质合金刀具涂层方法在不断地进步,日趋复杂化和多样化;硬质合金刀具涂层种类也在不断地更新,从单一的化合物涂层朝着多元复杂化合物涂层发展,涂层层数也从几层到十几层发展。

本文简要地综述了目前国内外涂层硬质合金刀具的特点,高温化学气相沉积涂层(HT C VD或简称C VD)、物理气相沉积涂层(PVD)、等离子化学气相沉积涂层(PC VD)、中温化学气相沉积涂层(MT C VD)和离子辅助物理气相沉积涂层(I BVD)这5种硬质合金刀具涂层方法的机理、特点和缺点,以及单渗层涂层硬质合金、多渗层涂层硬质合金和新渗层涂层硬质合金这3种硬质合金刀具涂层的特点和应用。

关　键　词:　化学气相沉积;物理气相沉积;涂层;硬质合金;刀具中图分类号:　TG1741444 文献标识码:　AR esearch on Coating T echniques of Cemented C arbide ToolsFU X iao2ming,W U X iao2dong(School of Materials Science and Engineering of Jiangxu University,Jiangsu Zhenjiang212013,China) Abstract:　With the advancement of coating techniques,coating methods of cemented carbide tools make progress continually,the techniques become com plicatedly and diversificatedly.The coating categ ories of cemented carbide tools renewal continually,they develop from single com pounds to com plicated com pounds,coating layers develop from several layers to m ore layers.Mechanisms,virtues and shortcomings of HT C VD(C VD),PVD,PC VD,MT C VD and I BVD are introduced.T raits and appliances of single coating layer,several coating layers and new coating layers are introduced in the article. K ey Words:　C VD;PVD;coat;cemented carbide;tool 随着现代机械加工业朝着高精度、高速切削、硬加工代研磨、干加工(无冷却液)保护环境以及降低成本等方向发展,对刀具性能提出了相当高的要求。

硬质合金涂层刀具研究进展

1前言随着科学技术的进步，难加工材料的使用日益增多，材料的力学性能不断提高，而且，对加工效率的要求也不断提高，传统的未涂层刀具常常不能适应新的要求。

尽管硬质合金刀具的硬度为89-93.5HRA（1300-1850 HV），但是对于难加工材料的高效加工已不适用。

虽然可以采取各种措施，提高刀具材料的硬度与耐磨性，但同时必然带来刀具材料抗弯强度和冲击韧性的下降，即材料变脆，从而影响刀具的使用性能。

在硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜（如TiC，TiAIN，Al203等）的涂层刀具，结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，降低了刀具与工件之间的摩擦因数，提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性。

因此，涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性，延长了刀具的寿命，这是切削刀具发展的又一次变革。

2硬质合金刀具涂层制备方法硬质合金刀具涂层的制备方法有很多，包括气相沉积、热喷涂、化学热处理、热反应扩散沉积、溶胶凝胶等。

气相沉积应用比较多，制备涂层质量好，己经逐步成为刀具涂层制备方法的主导，气相沉积技术分为化学气相沉积（chemicalvapordeposition，CVD）和物理气相沉积（physicalvapordeposition，PVD）。

2.1化学气相沉积（CVD）化学气相沉积（CVD）属于原子沉积类，是利用气态的先驱反应物通过原子、分子间化学反应的途径生成固态涂层的技术。

基于此特点，CVD过程大多在相对较高的压力和较高的沉积温度环境下进行，因为较高的压力有助于提高涂层的沉积速率，较高的沉积温度可保证化学反应的顺利进行。

早在40多年前，瑞典Sandvik公司和德国Crupp公司研发了化学气相沉积（CVD）涂层技术，1969年向市场推出了CVDTiC涂层硬质合金刀片产品[1]。

此后，美国、日本等国也相继硬质合金涂层刀具研究进展刘海浪1，2，羊建高1，2，黄如愿1，2（1.江西理工大学材料与化学工程学院，江西赣州341000;2.章源钨业股份有限公司，江西赣州341000）摘要：随着现代机械加工工业朝着高精度、高速切削、干式切削技术以及降低成本等方向发展，人们对硬质合金刀具提出了更高的要求，涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性，延长了刀具的寿命。

硬质合金涂层工艺的研究进展

Ｋｅｏｄｓｃｍｅｅａｂｉｃａｉｇ；ｒｃｓｙＷｒ：ｅｎｔｄｃｒｄｅ；ｏｔｎｐｏｅｓ
硬质合金的强度和硬度是相互矛盾，此排斥彼的，随着现代机械加工工业朝着高精度、高速切削、
状，同时提出了今后的发展方向。
关
键
词：硬质合金；层；艺涂工
文献标识码：Ａ
中图分类号：Ｔ７．４Ｇ１４４
ＲｅｅｒｈＰｒｇｅｓｏａｉｇＰｒｃｓｎＣｅｅｔｄＣａｂｉｅｓａｃｏｒｓｆＣｏｔｎｏｅｓｉｍｎｅｒｄ
ＣＶ
未涂层４％２
图１工业发达国家企业ＣＤ、ＶＶＰＤ涂层
和未涂层刀具的比例
沉积（Ｖ）ＣＤ—ＰＤ复合涂层工艺，１为发ＰＤ、ＶＶ图达国家硬质合金涂层刀具的应用情况Ｊ本文就上，
述工艺分别阐述。
高温ＣＤ（Ｔ—ＣＤ）ＶＨＶ涂层硬质合金始于２０世纪６０年代末期，被广泛应用于硬质合金可转位刀片
ＸＵＹｉｇｈｎＪＡＮＧＰｎ。ｎｃｕ，Ｉｉｇ
（．ｊｎｉｉｅｓｔｆＴｃｎｌｇ，ａｅａｇ３０３ＪａｇｉＣｉａ；１ＪａｖｒｉｏｅｈｏｏｙＮｎｈｎ３０１ｉｎｘ，ｈｎＵｎｙ
２ＮｎｈｎｅｅｔｄＣｒｉｅＣ．ｔ．Ｎｎｈｎ３０２Ｊｎｘ，ｈｎ）．ａｃａｇＣｍｎｅａｂｏＬｄ，ａｃａｇ０１ｉｇｉＣｉａｄ３ａ

梯度硬质合金的发展趋势

２１０２年１０月
重庆文理学院学报（自然科学版）
Ｊｕｎｆｈｎｑｎｎｖｒｔｆｒｎｃｅｃｓ（ａｒｌｃｅｃｄｔｎｏｒａｏｏｇｉｇＵｉｓｙｏｔａｄＳｉｅＮｔａＳｉｎｅＥｉｏ）ｌＣｅｉＡｓｎｕｉ
０ｃ．．２１ｔ０２
性和韧性之间的矛盾，种矛盾在传统的均匀结这构硬质合金中难以解决．９７年，１８日本科学家首次提出梯度功能材料（ｕｃｏａｙＧａｉｔ－ＦｎｔｎｌｒｄｅｉｌｎＭａｔｒｌ，Ｇ的概念 ¨ ，将这一概念应用于硬ｅｉｓＦＭ）ａＪ并质合金领域，产生了梯度硬质合金．便所谓梯度硬质合金是指成分或组织呈梯度分布的硬质合金Ｊ梯度结构硬质合金恰好利．
２Ｏ世纪７０年代瑞典Ｓｎｖｋ（ａｄｉ山特维克）公
司率先采用低成本的缺碳硬质合金渗碳技术开
发出双相梯度硬质合金Ｄ（ｕｌｒｐｒ）金，ＰＤａＰｏｅｙ合ｔ
该技术已于１８年１月申请了美国专利ｊ并９５０，
同部位以不同的性能．渗碳处理后制品形成三经明治结构：表层的相被消除，ｏ向中心部位迁ｃ移，表层Ｃ使ｏ含量偏低；中间存在一个富Ｃｏ层；而心部为仍有相存在的三相合金．种Ｃ这ｏ含量梯度分布的硬质合金表层硬度高，磨性好，耐

WC-Co梯度结构硬质合金研究进展

WC-Co梯度结构硬质合金研究进展I. 前言- 研究背景与意义- 目前国内外研究概况- 论文研究方法及结构II. WC-Co梯度结构硬质合金的制备技术- 常见制备方法及原理- 靶材制备技术- 喷射沉积技术- 电子束熔炼技术III. WC-Co梯度结构硬质合金的微观组织结构- 硬质相含量以及分布- 梯度结构的金属间化合物- 涂层的相结构和成分- 硬质合金表面的形貌和组织IV. WC-Co梯度结构硬质合金的力学性能- 梯度结构对硬质合金力学性能的影响- 梯度结构对硬质合金的磨损、疲劳性质的影响- 硬质合金的塑性变形机理V. WC-Co梯度结构硬质合金的应用研究- 梯度结构硬质合金在切削加工中的应用- 梯度结构硬质合金在切割和雕刻工艺中的应用- 梯度结构硬质合金在模具制造中的应用- 梯度结构硬质合金在电子设备与航空航天领域中的应用VI. 结论- WC-Co梯度结构硬质合金研究进展的综述- 今后研究方向和展望注：WC-Co梯度结构硬质合金是由钨碳化物硬质相和钴基粘结相按照一定的比例在材料内部形成梯度分布的结构，它具有高硬度、高强度、高耐磨、耐腐蚀、耐高温等优异性能。

I. 前言随着科技的进步和工业化的不断发展，对于高强度、高耐磨、高温强度和化学稳定性能的材料需求越来越高，这也催生了硬质合金材料在工业领域中的广泛应用。

硬质合金材料是由硬质粒子和粘结相组成的复合材料，其中硬质相主要是碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）等。

而WC-Co梯度结构硬质合金则是由钨碳化物硬质相和钴基粘结相按照一定的比例在材料内部形成梯度分布的结构。

WC-Co梯度结构硬质合金因其高硬度、高强度、高耐磨、耐腐蚀、耐高温等优异的力学性能而备受关注。

因此，对于WC-Co梯度结构硬质合金的研究已经成为当前材料科学领域的热点之一。

本文旨在综述目前WC-Co梯度结构硬质合金研究的进展，并通过对已有研究成果的总结，探究WC-Co梯度结构硬质合金未来的发展趋势。

梯度硬质合金的研制_孙绪新

为了比较梯度合金和均匀合金的性能 , 研究缺碳量对梯度合金性能的影响 , 以配方 WC +10 %wt Co 为基础 , 配制了总碳含量不同的三组混合料 , 分别记为 G0 、G1 、G2 。G0 是标准化学计算碳量的总碳配料 , G1 、G2 都是比标准化学计算碳量低的总碳配料 , 只是 G2 比 G1 的总碳更低。G0 、G1 、G2 三组混合料都是采用相同的研磨和干燥工艺参数制得的。三组混合料经过压制、烧结制成相同尺寸的几组检测试样 :Υ12 ×12 的圆柱样 4 个 , 用于常规物理金相检测 ;40mm ×20mm × 10mm 的耐磨性试样 2 个 ;5mm ×5mm ×30mm 的抗弯强度检测试样 10 个。
2 62
粉末冶金技术 1998 年第 16 卷第 4 期
梯度硬质合金的研制＊
孙绪新＊＊
(石油天然气总公司江汉钻头厂技术开发研究所 , 湖北潜江 433124)
摘要采用正碳烧结工艺研制梯度硬质合金 , 合理选择配方中的缺碳量以及正碳烧结工艺参数时 , 可生产出表面硬度高、耐磨性好 , 内部强度高、韧性好的的梯度硬质合金。实验中 , 钴含量相同的梯度硬质合金比钴相均匀硬质合金的抗弯强度和耐磨性分别提高了 5 .5 %和 25 .6 %。主题词梯度硬质合金正碳烧结性能
从图 1 中可看出 :G1 、G2 的芯部 η相区大小不同 , G2 的芯部 η相区比 G1 的大 , 因为 G2 的缺碳程度比 G1 的要深一些。经过相同的正碳工艺正碳烧结后 , G2 比 G1 未正过来的区域即 η相区要大。
从图 1 还可以看出 :G1 、G2 的三相区均呈椭圆状 , 而且都是离试样底部(即烧结时放在料盘上的那一端)的距离远 , 而离试样左边、右边和上部的距离大体相同。这是因为试样底部在烧结时是放在石墨料盘上的 , 正碳烧结时 , 其底部碳势比上部、周边要高 , 导致 G1 、G2 的 η相区远离底部 , 而周边与上部的碳势大致相同 , 所以 η相区离它们的距离也大体相同。

WC-Co梯度结构硬质合金研究进展

第２４卷第２期
２１０２年４月
超硬材料工程
ＳＵＰＥＲＨＡＲＤＭＡＴＥＡＬＥＮＧＩＲＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ．４１２
Ａｐ．ｒ２０１２
ＷＣ— Ｃｏ梯度结构硬质合金研究进展 ①
郑虎春周建华蒋超刘新儒，秦琳，，，
文献标识码：Ａ
文章编号：６３４３２１）２０４５１７ —１３（０２０ —０１ —０
ＬａｅｔｄｖｌｐｅｆｔｅＷＣ－ｒｄｅｅｅｅａｂｄｓｔｓｅｅｏｍｎｔｏｈＣｏｇａｉｎｔｃｍｎｔｄｃｒｉｅ
２ｃｏｌｆＭａｈｍａｉａｃｅｃｎｍｐｔｎｃｎｌｇ．ＳｈｏｔｅｔｃｌＳｉｎｅａｄＣｏｕｉｇＴｅｈｏｏｙ－ＣｅｔａｏｔｉｅｓｔｏｎｒｌＳｕｈＵｎｖｒｉｙ，Ｃｈｎｈ１０３ａｇｓａ４０８）
ＺＨＥＮＧｕｃｕＨ —ｈｎ，ＺＨＯＵｉｎｈａ。ＪＡＮＧａＬＩＸｉ— ｕ．。ＱＩＬｉＪａ－ｕＩＣｈｏ。Ｕｎｒ－Ｎｎ
（．ＰｗｄｒｔｌｒｙＲｓａｃｎｔｕｅｆＣｎｒｌＳｕｈＵｎｖｒｉ１ｏｅａｌｇｅｅｒｈＩｓｔｔｏｅｔａｏｔｉｅｓｙ。Ｃａｇｈ１０３Ｍｅｕｉｔｈｎｓａ４０８；
高而韧性差。均匀结构硬质合金的这种矛盾特性（局限性）制约了其应用领域的进一步扩大，以满足现难代社会发展对硬质合金提出的“ 高 ” 高硬度，韧双（高性）求］要。制备梯度结构硬质合金普遍被认为是解决合金

硬质合金涂层刀具研究的新进展

摘要：随着现代机械加工工业朝着高精度、高速切削、干式切削技术以及降低成本等方向发展，人们对硬质合金
刀具提出了更高的要求。涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性，延长了刀具的寿命，这是切削刀具发展的又一次革命。本文综述了目前国内外硬质合金涂层刀具在涂层方法、涂层种类和涂层基体等方面的新进展。
本文综述了目前国内外硬质合金涂层刀具在涂
收稿日期：０６０ — ９２０ — １１基金项目：国家自然科学基金专项基金资助项目（０２０８５３３０）作者简介：谢宏（６－，，１８）男中南大学工程硕士研究生，９株洲钻石切削刀具股份有限公司高级工程师，主要从事硬质合金刀具开发和生产
在刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性
好的金属或非金属化合物薄膜（ＴＣ，ｉＡ，如ｉＴＮ，１Ｏ
等）的涂层刀具，结合了基体高强度、韧性和涂层高高硬度、高耐磨性的优点，降低了刀具与工件之间的摩擦系数，提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性。因此，涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性，长了刀具的寿命，是切削刀具发展的又一次延这
ｓｉ，ＣＤ）溶胶一胶【ＳｌＧ１、速氧一ｉｏＭＴＶ、ｔｎ凝３ｏ— ｅ）高］（燃
气热喷涂ｔ（ｉｅｏｉｘ－ｕｌｈｒａｓｒｙｎ．４ｈｇｖｌｃｔｏｙｆｅｔｅｍｌｐａｉｇ－￣ｈｙＨＯ）ＶＦ、真空阴极电弧沉积ｔｖｃｕａｈｄｒ６ａｕｍｃｔｏｉａｃ３（ｃ

涂层硬质合金的最新研究进展_赵玉玲

[ 5]
导致残余应力、结合力较弱。在 T i C 或 T i N 涂层中添加元素制备出多元涂层材料 , 会提高涂层硬质合金的综合性能
[ 7]
。加和 H f 提高抗磨损性 , 加入 S i 提高硬度和抗化学扩散。目前最常用的多元涂层是 T i ( C ,N ) 、T i A l N 涂层。 T i ( C , N ) 涂层兼有 T i C 和 T i N 涂层的韧性和硬度 , 可降低涂层的内应力 , 阻止裂纹扩展 , 减少崩刃。 R u p p i 等采用 M T C V D 和 C V D 技术在硬质合金刀具基体上分别沉积了 T i ( C , N ) 、T i C 、 T i N 、A l T i ( C , 2O 3 单层涂层。车削试验结果表明 : N ) 涂层的抗后刀面磨损性能最好 , 抗月牙洼磨损性能也最佳。 T i ( C , N ) 基涂层刀具适于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料 , 切削效率可提高 2 ～ 3 倍。 T i A l N 涂层材料是目前应用最广泛的高速硬质合金刀具涂层之一 , T i A l N 有很高的高温硬度和优良的抗氧化能力。最近 , D o b r z a s k i 等
2 涂层结构及涂层材料
自涂层技术问世以来 , 由于涂镀技术的迅速发展 , 涂层类型已从单层涂层发展到多层涂层、多元复合涂层和梯度涂层 , 继而发展到纳米薄膜涂层 , 近年来 , 还出现了超硬材料涂层和软涂层等。 2. 1 单层及多元涂层 T i C 和 T i N 是最早出现的涂层材料 , 也是目前国内外应用较多的涂层 , 其硬度高、摩擦系数小 , 具有较高的抗磨损性。但由于其基体与涂层两者的硬度、弹性模量及热膨胀系数相差较大 ,

硬质合金涂层工艺

硬质合金涂层工艺硬质合金涂层是指通过化学气相沉积(CVD)等方法，在硬质合金刀片的表面上涂覆耐磨的TiC或TiN、HfN、Al2O3等薄层，形成表面涂层硬质合金。

优点：提高了加工效率；涂层刀片的切削力有一定降低；已加工表面质量较好；刀片有较宽的适用范围简介：这是现代硬质合金研制技术的重要进展。

1969年，西德克虏伯公司和瑞典山特维克公司研制的TiC涂层硬质合金刀片初次投入市场。

1970年后，美国、日本和其他国家也都开始生产这种刀片。

三十余年来，涂层技术有了很大的进展。

涂层硬质合金刀片由第一代、第二代已发展到第三代、第四代产品。

优点：硬质合金涂层的优点：涂层硬质合金刀片一般均制成可转位的式样。

用机夹方法装卡在刀杆或刀体上使用。

它具有以下优点：1)由于表层的涂层材料具有极高的硬度和耐磨性，故与未涂层硬质合金相比，涂层硬质合金允许采用较高的切削速度，从而提高了加工效率；或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐层硬质合金允许采用较高的切削速度，从而提高了加工效率；或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。

用度。

2)由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故与未涂层刀片相比，涂层刀片的切削力有一定降低。

3)涂层刀片加工时，已加工表面质量较好。

4)由于综合性能好，涂层刀片有较好的通用性。

一种涂层牌号的刀片有较宽的适用范围。

工艺：硬质合金涂层最常用的方法是高温化学气相沉积法(简称HTCVD法)，是在常压或负压的沉积系统中，将纯净的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等气体或蒸气，按沉积物的成分，将其中的有关气体，按一定配比均匀混合，依次涂到一定温度(一般为1000℃～1050℃)的硬质合金刀片表面，即在刀片表面沉积TiC、TiN、Ti(C，N)或Al2O3或它们的复合涂层。

反应方程式概括如下：TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2TiCl4+½N2+2H2TiN+4HClTiCl4+CH4+½N2+H2→Ti(CN)+4HCl+H22A1Cl3+3CO2+3H2→Al2O3+3CO+6HCl用PCVD(等离子体化学气相沉积)法在硬质合金刀片表面进行涂层也得到应用，因涂层工艺温度较低(700°～800°)，故刀片的抗弯强度降低的幅度较小，对铣刀片比较适宜。

硬质合金涂层技术及其进展

收稿日期：０１—１２１２—１５
作者简介：陈勇志（９７）１６一，男，江西南昌人，副教授，主要从事工程材料及工程训练教育研究。
第３期
陈勇志，等：硬质合金涂层技术及其进展
９５
目前，涂层技术已发展到第五代，每代分别是ＴＮｉＮｒ１、ＣＡＮ＋ｉＡ２３其他涂层。ｉ、ＴＣ、ＣＡＮｒ１ｓ和１＋Ｏ
是涂层工艺还是涂层材料和方式都取得了巨大成果。涂层方法从ＣＤ法、ＰＤ到ＰＶＶＶＣＤ法，涂层材料
出现了ＴＣ、ＴＮ、ＴＣｉｉｉＮ、Ａ等；涂层方式则由单一涂层发展到复合涂层。目前，在先进制造业中，１Ｏ硬质合金刀具及高性能高速钢刀具，８％以上都采用了表面涂层技术，ＣＣ机床上所用的切削刀具０Ｎ９％以上是涂层刀具］０。涂层刀具越来越广泛地应有到机械加工领域，显著提高了金属切削加工效率。
陈勇志占志泽曾铁初
（．东莞理工学院１机械工程学院，广东东莞５３０；．南昌硬质合金有限责任公司，南昌３０１）２８８２３０３
摘要：首先概述了硬质合金涂层技术的研究现状，接着对涂层机理和涂层方法进行探讨，并对主要涂层
工艺进行比较，最后结合实际应用，对硬质合金涂层技术的新进展进行了总结。关键词：硬质合金；涂层；技术；进展

硬质合金刀具的类金刚石涂层的研究进展

硬质合金刀具因其具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等优良性能，在现代机械加工业的发展中起到重要的作用。

随着各种切削技术的进步，传统的硬质合金涂层刀具并不能满足现在市场的需求，涂层刀具需要创新。

类金刚石涂层的出现为硬质合金刀具的发展提供了新的契机。

1 类金刚石涂层概述类金刚石涂层是一种在微观结构上含有金刚石成分的涂层。

构成类金刚石的元素为碳。

碳原子和碳原子之间的不同结合方式，使其最终产生的物质也不同，如在金刚石中碳原子与碳原子之间是以s p3键的形式结合的，在石墨中碳原子与碳原子之间是以s p2键的形式结合的，而在类金刚石中碳原子与碳原子之间则是以s p3和s p2键的形式结合的。

类金刚石涂层由于含有金刚石成分，具有硬度高（能达到-60 GP a或Hv6000以上）；摩擦系数低（-0.06）；膜层致密性极好；化学稳定性好以及光学性能好等很多优良的性能。

因此，类金刚石涂层作为一种理想的涂层材料广泛应用于硬质合金刀具，成为现代机械加工业的新生力量。

2 类金刚石涂层的发展历程类金刚石薄膜的问世始于20世纪70年代，由德国科学家S ol和Ro n a ld在室温下采用离子束沉积法将单价的碳离子沉积在基体上制成。

我国科学家林锡刚等人在1984年采用低能离子束沉积技术制成类金刚石薄膜，并对其力学、电学、光学性能进行了初步测试。

随着现代科学技术的发展，类金刚石薄膜的制备方法也不断进步。

2.1 物理气相沉积法物理气相沉积是在真空状态下，将被沉积元素变成原子进行气相沉积。

用于制备类金刚石薄膜的物理气相沉积法包括经典的离子束沉积法（通过等离子体溅射石墨靶产生碳离子，经电磁场的加速作用沉积在基体表面）、新兴的直流磁控溅射技术（电子在磁场的作用下将Ar原子变成Ar离子，轰击石墨靶面，溅射出的碳原子在基体表面形成膜）、射频溅射技术（电子在射频振荡的作用下将Ar原子变成Ar离子，轰击石墨靶面，溅射出的碳原子在基体表面形成膜）以及脉冲激光沉积法（在真空条件下，利用脉冲激光束使石墨靶释放碳离子，在基体表面沉积成膜）。

(Ti(1-x)Alx)N硬质涂层的研究进展

ｐｅｒｔｏｒｐａａｉｎ，ｃｙｔｔｕｃｕｅ，ａｔｏｉａｉｎａｒｄｅｓｏｈｅＴｉＮｏｔｎｓａｅｉｔｏｕｃｄｉｒｅ．ｒｓａｓｒｔｒｌｎｉｘｄｔｏｎｄｈａｎｓｆｔＡ１ｃａｉｇｒｎｒｄｅｎｂｆｉＫｅｒｓ：Ａ１ｃａｉｇｙｗｏｄＴｉＮｏｔｎｓ；ｃｓａｔｃｕｒｙｒｔｌｓｒｔｅ；ａｔｏｉｔｏｕｎｉｘｄａｉｎ；ｈｄｅｓｒｖｅｒａｎｓ；ｅｉｗ
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石墨烯增强功能梯度硬质合金的研究

石墨烯增强功能梯度硬质合金的研究摘要：针对硬质合金硬度和摩擦磨损性能同时提升困难的问题，通过预制加入石墨烯的表面层和未加石墨烯的芯部形成梯度WC-11Co硬质合金。

采用显微硬度仪，场发射扫描电子显微镜，往复式滑动摩擦机，激光共聚焦显微镜对试样的硬度、微观形貌、摩擦磨损性能进行了测试，结果表明：石墨烯的加入细化了晶粒，提升了两表层（石墨烯强化层）的硬度，提升了石墨烯强化层的耐磨性能，钴相的脱离和之后导致的碳化钨晶粒拔出是硬质合金摩擦磨损的主要机理，石墨烯的加入使钴相脱离更加困难，再加上晶粒细化的作用，共同提升了石墨烯强化层的耐磨性。

关键词：石墨烯；硬质合金；梯度；摩擦磨损1、前言硬质合金是通过硬质相与粘结相在高温下烧结制备的一种高硬度、耐磨性能、耐高温腐蚀性和一定的韧性的材料[1}，广泛应用于金属切削、采矿、凿岩、结构件以及各种要求极高耐磨性和抗冲击韧性的工程领域[2]，与传统陶瓷材料相比，WC-Co硬质合金具有相当的硬度，但抗弯强度和延展度要高得多，与金属合金相比，延展性略低，但强度和硬度要高得多，尽管硬质合金具有良好的力学性能[3]，但传统硬质合金在实际应用中已不能满足高硬度、高韧性的要求，因为硬质合金的硬度和断裂韧性一直是矛盾的，因此如何获得高强度、高硬度、高韧性的WC-Co硬质合金已成为重要的研究方向[4]。

石墨烯是一种二维材料，因为其独特的物理化学特性，获得了广泛关注，在硬质合金制造领域，为提高硬质合金刀具的强度、降低切削摩擦，将石墨烯加入硬质合金的方法越来越受到关注。

但石墨烯在基体中严重的团聚性影响了其作为增强相的应用，特别是在石墨烯增强硬质合金基复合材料中，韧性的提高往往伴随着强度、硬度的下降[5]。

为解决目前硬质合金高强度、高硬度、高韧性相互矛盾的问题，研究人员进行的大量相关研究，尽管已提出了很多种制备方法，但都难以使硬质合金的强度、硬度、韧性同时提高，原因是石墨烯的加入难以达到很好的分散效果，与硬质合金基体的结合也不紧密。

硬质合金涂层刀具的发展

硬质合金涂层刀具的进展硬质合金刀具的硬涂层可提高刀具寿命和生产率。

化学气相沉积（CVD）技术已从早期的单涂层进展到现在的由Tic、TiN、TiCN和Al2O3复合多涂层，而且通过选择涂层的次序及涂层的总厚度来充足特种金属切削的要求，尤其是Al2O3涂层可供给包括高的抗扩散性磨损、优良的抗氧化性和高的热硬度等极好的高温性能，所以在铸铁及钢等材料高速加工获得广泛应用。

近年来，刀具制造商已引进中温（MT）CVDTiCN涂层，当使用乙晴作为有机的C/N源，TiCN的沉积大约发生在850℃，而高温CVDTiCN涂层要加热高于1000℃。

MT－TiCN涂层用于车削和铣削时具有很好的耐磨性能，它具有稳定的C/N比，并可削减涂层与硬质合金基体之间界面形成eta相的倾向。

十多年前，物理气相沉积（PVD）已应用于圆柱形硬质合金刀具，包括间断切削和/或一些需要锋利刀刃的金属切削刀片。

最初PVD涂层只限于TiN,而现在工业上已有适用的PVDTiCN和TiAlN涂层，采纳多种不同的PVD技术，如电子束蒸发、溅射、电弧蒸发等。

CVD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d、c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硬质合金刀具，并在加工非铁及非金属材料方面起侧紧要的作用。

近来金刚石涂层刀具已在工业上得到应用。

硬质合金刀具的硬涂层硬涂层的性能切削刀具基体硬涂层的成功是由于涂层的物理和力学性能的复合作用。

从使用的角度来年，涂层应具有稳定的化学稳定性能、热硬度和与基体较强的粘结性能。

优化的涂层厚度、细的显微结构及残余压应力可以进一步提高涂层性能。

化学稳定性涂层材料化学惰性的标准是它的形成标准，自由能的负数很高或在切削温度下它在工件材料的溶解度很低。

至今，CVDAl2O3硬涂层在材材加工中完全可充足这些要求。

无定形PVDAl2O3涂层是软的而且不稳定，因此不如结晶的CVDAl2O3；PVDTiAlN涂层与TiN或TiCN相比，具有较高的稳定性，因此有可能在高速切削加工中获得应用。