硬质合金涂层技术及其进展
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的 ＴＣ ｉＮ兼有 ＴＣ和 ＴＮ两种 材 料 的 优 点 ，它 在 涂覆 过程 中可 通 过 连 续 改 变 Ｃ、Ｎ 的 成 份 控 制 ＴＣ 性 ｉ ｉ ｉＮ
质 ，并 形成 不 同成 份 的多层 结构 ，降低 了涂层 的内应 力 ，提高 了韧 性 ，增加 了涂 层 的厚 度 ，阻止 了裂 纹
的扩展 ，减 少 了崩 刃 。所 以 ， 目前 生 产 的 一些 刀 片 ，如 瑞典 Ｓ ｎ ｖｋ公 司推 荐 用 于 加 工 钢 料 的 Ｇ ４ ０ ａｄｉ Ｃ００
工 艺 在刀 具涂 层领 域 的应 用并 不广 泛 。 ３ 中温 化学 气相 沉 积 （ ） ＭＴ—Ｃ Ｄ） Ｖ 九 十年 代 中期 ，中温 化学 气 相 沉 积 （ Ｔ—Ｃ Ｄ） 新 技 术 的 出 现 使 Ｃ Ｄ技 术 发 生 了革 命 性 变 革 。 Ｍ Ｖ Ｖ
系列 刀片 、中国株 洲硬 质合 金 厂生 产 的 Ｃ 系列 刀 片 、 日本 东 芝 公 司 的 Ｔ １Ｘ和 Ｔ ２ Ｘ涂 层 刀 片 中均 Ｎ ７５ ７５ 有 ＴＣ ｉＮ涂 层成 份 。ＴＣ ｉＮ基 涂层 适 于加 工普 通钢 、合 金钢 、不 锈 钢和 耐磨 铸铁 等材 料 ，用 它加 工 工件 时
自 １６ ９９年 德 国克虏 伯 （ ｒｐ ） 公 司 和 瑞 典 山 特 维 克 （ ａｄｉ） 公 司 成 功 研 发 出 化 学 气 相 沉 积 Ｋｕｐ Ｓｎｖ ｋ （Ｖ Ｃ Ｄ） 涂层 技术 ，并 向市场推 出了 ＴＣ涂 层硬 质合 金 刀 片产 品 ，４ ｉ ０年 来 刀具 涂 层技 术 进 展迅 速 ，无 论
传 质过程 。
Ｃ Ｄ技术 经 过半个 世 纪 的发展 ，在 常规 Ｃ Ｄ涂 层技 术 的基 础 上 ，根 据涂 层温 度 的高 低 ，又 开发 有 Ｖ Ｖ
等 离子增 强 Ｃ Ｄ涂 层技 术 和 中 温 Ｃ Ｄ涂 层 技 术 ，涂 层 的 品种 、性 能 有 很 大 的 提 高 ，应 用 范 围迅 速 扩 Ｖ Ｖ
来 ，高温 Ｃ Ｄ技 术 的发展 和 应用受 到 一定制 约 。 Ｖ
２ ）低 温 化学气 相 沉积 （ Ｔ—Ｃ Ｄ） Ｌ Ｖ
东 莞 ห้องสมุดไป่ตู้ 工 学 院 学 报
２１ ０ ２钜
八 十 年代 末 ，低 温化学 气 相沉 积技 术 达 到 了实 用 水 平 ，其 工 艺 处 理 温 度 已降 至 ４０～６０（，有 效 ５ ５￣ ２ 抑 制 了 相 的产 生 ，可用 于螺 纹 刀具 、铣 刀 、模 具 的 ＴＮ、ＴＣ ｉ ｉＮ、ＴＣ等涂 层 ，但 迄 今 为止 ，低 温 Ｃ Ｄ ｉ Ｖ
的效 率可 提高 ２～ ３倍 。 ＴＡＮ、ＣＮ、ＴＡＣＮ是 近几年 来 开发 的硬 质 合 金 涂层 新 材料 。ＴＡＮ涂 层 的化 学 稳 定 性 和抗 氧 化 ｉ１ ｒ ｉ１ｒ ｉ１
磨损 性 能好 ，用 其加 工高 合金 钢 、不锈 钢 、钛 合金 和镍 合 金 时 的 刀具 寿命 可 比 ＴＮ涂层 高 ３～ ｉ ４倍 。此 外 ，ＴＡＮ涂层 中如果 有合适 的铝浓 度 ，切 削时 在刀 具前 刀 面 和切 屑 的界 面 上还 会 产 生一 层 硬 质 的惰 性 ｉ１ 保 护膜 ，该 膜有 较好 的隔热 性 ，可更 有 效 地 用 于高 速 切 削 。ＣＮ是 一 种 无 钛 涂 层 ，适 于 切 削 钛 和 钛 合 ｒ
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 ５ ３０ ； ．南 昌硬质合 金有限责任公司 ，南 昌 ３０ １ ） ２８８ ２ ３ ０ ３
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
大。
Ｃ Ｄ技术 被广 泛应 用 于硬质 合 金可 转位 刀 具 的表 面 处 理 。Ｃ Ｄ可 实 现单 成 份单 层 及 多成 份 多层 复 Ｖ Ｖ
合 涂层 的沉 积 ，涂层 与基 体结 合强 度较 高 ，薄膜 厚度 较厚 ，可达 ７— ｍ，具有 很好 的耐磨 性 。但 Ｃ Ｄ ９ Ｖ 工 艺温度 高 ，易 造成 刀具 材料 抗弯 强度 下 降 ；涂 层 内部 呈拉 应 力状 态 ，易导 致 刀具 使 用 时产 生微 裂 纹 ； 同时 ，Ｃ Ｄ工 艺排 放 的废气 、废 液会 造成 较 大环 境污 染 Ｊ Ｖ 。为 解 决 Ｃ Ｄ工 艺温 度 高 的问题 ，低 温化 学 Ｖ 气 相 沉积 （ Ｔ—Ｃ Ｄ） Ｌ Ｖ ，中温 化学 气 相 沉 积 （ ＭＴ—Ｃ Ｄ）技 术 相 继 开 发 并投 入 实 用 。 目前 ，Ｃ Ｄ （ Ｖ Ｖ 包 括 ＭＴ—Ｃ Ｄ）技 术主 要用 于硬 质合 金可 转位 刀具 的表 面涂层 ，涂层 刀 具适 用 于 中型 、重 型切 削 的高 速 Ｖ
粗 加 工及 半精 加工 。
２ ２ 物 理气 相 沉积 ．
物理 气相 沉积 （ ｈｓ ａ Ｖ ｐｒＤ ｐｓｉｎ Ｐ ｙｉ ｌ ａｏ ｅｏｉｏ ，简 称 Ｐ Ｄ） ｃ ｔ Ｖ ，指 利 用 物 理 过程 实 现 物 质转 移 ，将 原 子 或
分 子 转移 到基 材表 面上 的过 程 。
目前 常用 的 Ｐ Ｄ方 法有 低压 电子 束蒸 发 （ Ｖ Ｅ）法 、阴极 电子 弧 沉积 法 （ Ａ 、三 极 管 高压 电 Ｖ ＬＥ Ｃ Ｄ） 子 束蒸 发法 （ ＨＶ Ｅ 、非 平衡 磁 控 溅射 法 （ ＭＳ 、离 子束 协 助 沉 积法 （Ａ Ｔ Ｅ ） Ｕ ） ＩＤ） 和动 力 学 离子 束 混 合 法 （ Ｉ ，其 主要差 别在 于 沉积材 料 的气化 方 法 以及 产 生 等离 子 体 的 方法 不 同 而使 得成 膜 速 度 和膜 层 ＤＭ）
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 Ｃ Ｄ法 、Ｐ Ｄ到 Ｐ Ｖ Ｖ Ｖ Ｃ Ｄ法 ，涂 层 材料
出现 了 ＴＣ、ＴＮ、ＴＣ ｉ ｉ ｉＮ、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 ， １ Ｏ 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 ，Ｃ Ｃ 机 床 上 所 用 的 切 削 刀具 ０ Ｎ ９ ％ 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 。
质 量存 在差 异 。
Ｐ Ｄ技术 主要 应用 于整 体硬 质合 金 刀具 和高 速 钢刀 具 的表 面处 理 。 与 Ｃ Ｄ工 艺 相 比 ，Ｐ Ｄ工 艺 温 Ｖ Ｖ Ｖ 度低 （ 最低 可低 至 ８ ￣ ，在 ６ ０Ｃ以下 时对 刀具 材料 的抗弯 强 度基 本 无影 响 ；薄 膜 内部应 力 状态 为 压 ０Ｃ） ０￣ 应 力 ，更适 于对 硬质 合金 精 密复 杂 刀具 的涂 层 ；Ｐ Ｄ工艺 对 环境 无 不 利 影 响 。 目前 ，Ｐ Ｄ涂 层 技术 已 Ｖ Ｖ 普 遍应 用 于硬 质合金 钻 头 、铣 刀 、铰 刀 、丝锥 、异 形刀具 、焊接 刀具 等 的涂 层处 理 。
２ ３ 其 它涂层 方 法 ．
如等离 子 喷涂 、火焰 喷涂 、电镀 、溶 盐 电解 等 ，因还存 在较 大 的应 用局 限性 ，故 未广泛 应用 。
３ 主要涂层工艺 比较
３． １ 化学气 相 沉积
目前 ，Ｃ Ｄ （ 括 ＭＴ～Ｃ Ｄ）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 Ｖ 包 Ｖ 型 、重 型切 削 的高速 粗加 工及 半精 加工 。采 用 Ｃ Ｄ技术 还可 实现 金刚 石涂 层 ，这 是 Ｐ Ｄ技 术 目前难 以 Ｖ Ｖ 实 现 的 ，因此在 干式 切削 加工 中 ，Ｃ Ｄ涂 层技 术仍 占有 极 为重要 的地 位 。 Ｖ １ 高温 化学 气相 沉积 （ Ｔ—Ｃ Ｄ） ） Ｈ Ｖ
金 、铜 、铝以及其它软材料 ， ］ 其化学稳定性好 ，不产生粘屑。ＴＡＣＮ是一种梯度结构涂层 ，不仅具 ｉ１ｒ
有 高 的韧性 和 硬度 ，而 且摩 擦 因数 也 较 小 ，适 用 于 铣 刀 、滚 刀 、丝锥 等 多种 刀具 ，切 削性 能 明显 优 于
Ｔｉ 。 Ｎ
德 国某公 司开 发 了 Ｓｐｒｉｉｅ涂层 系 列 ，其 中超 级氮 化 钛 涂 层 有很 高 的含 铝量 ，可 形 成稳 定 的氧 ｕｅｎｔｄ ｒ 化 层 （ 化温 度达 Ｉ０ ￣ ，它 比一般 的 ＴＡＮ涂层 更硬 、更 致 密 、更 耐 高 温 ，适 用 于高 速 切 削 、干式 氧 Ｏ０Ｃ） ｉ１ 切削 和硬 切削 的刀 具 ，可 加工 硬度 高达 ５ Ｈ Ｃ以上 的淬火 钢 。 ８Ｒ
尽管 Ｃ Ｄ涂层具有很好的耐磨性 ，但 Ｃ Ｄ工艺亦有其先天缺陷 ：一是工艺处理温度高 ，易造成刀 Ｖ Ｖ 具材料抗弯强度下降 ；二是薄膜 内部呈拉应力状态 ，易导致刀具使用时产生微裂纹；三是 Ｃ Ｄ工艺排 Ｖ 放 的废气 、废 液会 造成 较 大环境 污染 ，与 目前 大力 提倡 的绿色制 造 观念相 抵触 ，因此 自九 十年代 中期 以
收 稿 日期 ： ０ １—１ ２１ ２—１ ５
作者简介 ：陈勇志 （ ９ ７ ） １ ６ 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
９ ５
目前 ，涂层技术 已发展到第五代 ，每代分别是 ＴＮ ｉＮ ｒ１ 、ＣＡＮ＋ ｉ Ａ２ ３ 其他涂层。 ｉ 、ＴＣ 、ＣＡＮ ｒ １ ｓ 和 １ ＋ Ｏ
２ 主 要 涂 层 方 法 与机 理
涂 层方 法 主要有 化学 气相 沉 积 、物 理气 相沉 积 等 。
２ １ 化学气 相 沉积 ．
化学 气 相沉 积 （ ｈｍｃｌ ａｏ ｅｏｉｏ ，简 称 Ｃ Ｄ）是 反应 物质 在气 态条 件 下发 生化 学 反应 ，生 Ｃ ｅ ｉ ｐｒｄｐｓｉ ａｖ ｔｎ Ｖ 成 固态 物质 沉积 在加 热 的 固态 基体 表 面 ，进 而制 得 固体材 料 的工艺 技术 。它 本质 上属 于原子 范畴 的气态
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
中图分类号 ：Ｔ １ Ｇ７
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ ０ １ （０ ２ ３— ０ ４一Ｏ ０ ９— ３ ２ ２ １ ）０ ０ ９ ５
第１ ９卷第 ３期
２ ２ ０１ 年 ６ 月
Ｊ ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＯＮＧＧ ０ ＵＡＮ ＵＮ ＶＥ Ｉ Ｙ Ｏ Ｅ ＨＮＯ ＯＧＹ Ｉ ＲＳ Ｔ Ｆ Ｔ Ｃ Ｌ
东 莞 理 工 学 院 学 报
Ｖ １１ Ｎ ． ０ ９ ｏ３ ．
Ｊ ｎ ｕ． ２ ２ ０１
硬 质 合 金 涂 层 技 术 及 其 进 展
１ 硬 质 合 金 涂 层 研 究 现 状
涂 层 材料 须具 有硬 度 高 、耐 磨性 好 、化 学性 能稳 定 、不 与工 件材料 发 生化 学反 应 、耐 热耐 氧化 、摩
擦 因数低 ，以及 与基体 附 着牢 固等 要求 。最 初开 发 出 的涂 层是 ＴＣ、ＴＮ、Ａ 等单 一 涂 层 ，并 广 泛地 ｉ ｉ １ ０ 应 用 到机 械加 工 领域 中 。 目前 ，ＴＮ、ＴＣ等涂 层 仍然 是工 艺 最成 熟 和 应用 最 广 泛 的硬 质合 金 涂层 材 料 。 ｉ ｉ 与 ＴＣ相 比较 ，ＴＮ 与基体 结合 强度 差 ，涂层 易 剥落 ，且 硬 度也 不 如 ＴＣ高 ，在切 削 温 度较 高 时 膜 层 易 ｉ ｉ ｉ 因氧 化 而被烧 蚀 。ＴＣ涂层 虽 有较 高 的硬度 与耐 磨性 ，抗 氧化 性也 好 ，但 其 性 脆 ，不 耐 冲击 。后 续 出现 ｉ
质 ，并 形成 不 同成 份 的多层 结构 ，降低 了涂层 的内应 力 ，提高 了韧 性 ，增加 了涂 层 的厚 度 ，阻止 了裂 纹
的扩展 ，减 少 了崩 刃 。所 以 ， 目前 生 产 的 一些 刀 片 ，如 瑞典 Ｓ ｎ ｖｋ公 司推 荐 用 于 加 工 钢 料 的 Ｇ ４ ０ ａｄｉ Ｃ００
工 艺 在刀 具涂 层领 域 的应 用并 不广 泛 。 ３ 中温 化学 气相 沉 积 （ ） ＭＴ—Ｃ Ｄ） Ｖ 九 十年 代 中期 ，中温 化学 气 相 沉 积 （ Ｔ—Ｃ Ｄ） 新 技 术 的 出 现 使 Ｃ Ｄ技 术 发 生 了革 命 性 变 革 。 Ｍ Ｖ Ｖ
系列 刀片 、中国株 洲硬 质合 金 厂生 产 的 Ｃ 系列 刀 片 、 日本 东 芝 公 司 的 Ｔ １Ｘ和 Ｔ ２ Ｘ涂 层 刀 片 中均 Ｎ ７５ ７５ 有 ＴＣ ｉＮ涂 层成 份 。ＴＣ ｉＮ基 涂层 适 于加 工普 通钢 、合 金钢 、不 锈 钢和 耐磨 铸铁 等材 料 ，用 它加 工 工件 时
自 １６ ９９年 德 国克虏 伯 （ ｒｐ ） 公 司 和 瑞 典 山 特 维 克 （ ａｄｉ） 公 司 成 功 研 发 出 化 学 气 相 沉 积 Ｋｕｐ Ｓｎｖ ｋ （Ｖ Ｃ Ｄ） 涂层 技术 ，并 向市场推 出了 ＴＣ涂 层硬 质合 金 刀 片产 品 ，４ ｉ ０年 来 刀具 涂 层技 术 进 展迅 速 ，无 论
传 质过程 。
Ｃ Ｄ技术 经 过半个 世 纪 的发展 ，在 常规 Ｃ Ｄ涂 层技 术 的基 础 上 ，根 据涂 层温 度 的高 低 ，又 开发 有 Ｖ Ｖ
等 离子增 强 Ｃ Ｄ涂 层技 术 和 中 温 Ｃ Ｄ涂 层 技 术 ，涂 层 的 品种 、性 能 有 很 大 的 提 高 ，应 用 范 围迅 速 扩 Ｖ Ｖ
来 ，高温 Ｃ Ｄ技 术 的发展 和 应用受 到 一定制 约 。 Ｖ
２ ）低 温 化学气 相 沉积 （ Ｔ—Ｃ Ｄ） Ｌ Ｖ
东 莞 ห้องสมุดไป่ตู้ 工 学 院 学 报
２１ ０ ２钜
八 十 年代 末 ，低 温化学 气 相沉 积技 术 达 到 了实 用 水 平 ，其 工 艺 处 理 温 度 已降 至 ４０～６０（，有 效 ５ ５￣ ２ 抑 制 了 相 的产 生 ，可用 于螺 纹 刀具 、铣 刀 、模 具 的 ＴＮ、ＴＣ ｉ ｉＮ、ＴＣ等涂 层 ，但 迄 今 为止 ，低 温 Ｃ Ｄ ｉ Ｖ
的效 率可 提高 ２～ ３倍 。 ＴＡＮ、ＣＮ、ＴＡＣＮ是 近几年 来 开发 的硬 质 合 金 涂层 新 材料 。ＴＡＮ涂 层 的化 学 稳 定 性 和抗 氧 化 ｉ１ ｒ ｉ１ｒ ｉ１
磨损 性 能好 ，用 其加 工高 合金 钢 、不锈 钢 、钛 合金 和镍 合 金 时 的 刀具 寿命 可 比 ＴＮ涂层 高 ３～ ｉ ４倍 。此 外 ，ＴＡＮ涂层 中如果 有合适 的铝浓 度 ，切 削时 在刀 具前 刀 面 和切 屑 的界 面 上还 会 产 生一 层 硬 质 的惰 性 ｉ１ 保 护膜 ，该 膜有 较好 的隔热 性 ，可更 有 效 地 用 于高 速 切 削 。ＣＮ是 一 种 无 钛 涂 层 ，适 于 切 削 钛 和 钛 合 ｒ
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 ５ ３０ ； ．南 昌硬质合 金有限责任公司 ，南 昌 ３０ １ ） ２８８ ２ ３ ０ ３
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
大。
Ｃ Ｄ技术 被广 泛应 用 于硬质 合 金可 转位 刀 具 的表 面 处 理 。Ｃ Ｄ可 实 现单 成 份单 层 及 多成 份 多层 复 Ｖ Ｖ
合 涂层 的沉 积 ，涂层 与基 体结 合强 度较 高 ，薄膜 厚度 较厚 ，可达 ７— ｍ，具有 很好 的耐磨 性 。但 Ｃ Ｄ ９ Ｖ 工 艺温度 高 ，易 造成 刀具 材料 抗弯 强度 下 降 ；涂 层 内部 呈拉 应 力状 态 ，易导 致 刀具 使 用 时产 生微 裂 纹 ； 同时 ，Ｃ Ｄ工 艺排 放 的废气 、废 液会 造成 较 大环 境污 染 Ｊ Ｖ 。为 解 决 Ｃ Ｄ工 艺温 度 高 的问题 ，低 温化 学 Ｖ 气 相 沉积 （ Ｔ—Ｃ Ｄ） Ｌ Ｖ ，中温 化学 气 相 沉 积 （ ＭＴ—Ｃ Ｄ）技 术 相 继 开 发 并投 入 实 用 。 目前 ，Ｃ Ｄ （ Ｖ Ｖ 包 括 ＭＴ—Ｃ Ｄ）技 术主 要用 于硬 质合 金可 转位 刀具 的表 面涂层 ，涂层 刀 具适 用 于 中型 、重 型切 削 的高 速 Ｖ
粗 加 工及 半精 加工 。
２ ２ 物 理气 相 沉积 ．
物理 气相 沉积 （ ｈｓ ａ Ｖ ｐｒＤ ｐｓｉｎ Ｐ ｙｉ ｌ ａｏ ｅｏｉｏ ，简 称 Ｐ Ｄ） ｃ ｔ Ｖ ，指 利 用 物 理 过程 实 现 物 质转 移 ，将 原 子 或
分 子 转移 到基 材表 面上 的过 程 。
目前 常用 的 Ｐ Ｄ方 法有 低压 电子 束蒸 发 （ Ｖ Ｅ）法 、阴极 电子 弧 沉积 法 （ Ａ 、三 极 管 高压 电 Ｖ ＬＥ Ｃ Ｄ） 子 束蒸 发法 （ ＨＶ Ｅ 、非 平衡 磁 控 溅射 法 （ ＭＳ 、离 子束 协 助 沉 积法 （Ａ Ｔ Ｅ ） Ｕ ） ＩＤ） 和动 力 学 离子 束 混 合 法 （ Ｉ ，其 主要差 别在 于 沉积材 料 的气化 方 法 以及 产 生 等离 子 体 的 方法 不 同 而使 得成 膜 速 度 和膜 层 ＤＭ）
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 Ｃ Ｄ法 、Ｐ Ｄ到 Ｐ Ｖ Ｖ Ｖ Ｃ Ｄ法 ，涂 层 材料
出现 了 ＴＣ、ＴＮ、ＴＣ ｉ ｉ ｉＮ、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 ， １ Ｏ 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 ，Ｃ Ｃ 机 床 上 所 用 的 切 削 刀具 ０ Ｎ ９ ％ 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 。
质 量存 在差 异 。
Ｐ Ｄ技术 主要 应用 于整 体硬 质合 金 刀具 和高 速 钢刀 具 的表 面处 理 。 与 Ｃ Ｄ工 艺 相 比 ，Ｐ Ｄ工 艺 温 Ｖ Ｖ Ｖ 度低 （ 最低 可低 至 ８ ￣ ，在 ６ ０Ｃ以下 时对 刀具 材料 的抗弯 强 度基 本 无影 响 ；薄 膜 内部应 力 状态 为 压 ０Ｃ） ０￣ 应 力 ，更适 于对 硬质 合金 精 密复 杂 刀具 的涂 层 ；Ｐ Ｄ工艺 对 环境 无 不 利 影 响 。 目前 ，Ｐ Ｄ涂 层 技术 已 Ｖ Ｖ 普 遍应 用 于硬 质合金 钻 头 、铣 刀 、铰 刀 、丝锥 、异 形刀具 、焊接 刀具 等 的涂 层处 理 。
２ ３ 其 它涂层 方 法 ．
如等离 子 喷涂 、火焰 喷涂 、电镀 、溶 盐 电解 等 ，因还存 在较 大 的应 用局 限性 ，故 未广泛 应用 。
３ 主要涂层工艺 比较
３． １ 化学气 相 沉积
目前 ，Ｃ Ｄ （ 括 ＭＴ～Ｃ Ｄ）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 Ｖ 包 Ｖ 型 、重 型切 削 的高速 粗加 工及 半精 加工 。采 用 Ｃ Ｄ技术 还可 实现 金刚 石涂 层 ，这 是 Ｐ Ｄ技 术 目前难 以 Ｖ Ｖ 实 现 的 ，因此在 干式 切削 加工 中 ，Ｃ Ｄ涂 层技 术仍 占有 极 为重要 的地 位 。 Ｖ １ 高温 化学 气相 沉积 （ Ｔ—Ｃ Ｄ） ） Ｈ Ｖ
金 、铜 、铝以及其它软材料 ， ］ 其化学稳定性好 ，不产生粘屑。ＴＡＣＮ是一种梯度结构涂层 ，不仅具 ｉ１ｒ
有 高 的韧性 和 硬度 ，而 且摩 擦 因数 也 较 小 ，适 用 于 铣 刀 、滚 刀 、丝锥 等 多种 刀具 ，切 削性 能 明显 优 于
Ｔｉ 。 Ｎ
德 国某公 司开 发 了 Ｓｐｒｉｉｅ涂层 系 列 ，其 中超 级氮 化 钛 涂 层 有很 高 的含 铝量 ，可 形 成稳 定 的氧 ｕｅｎｔｄ ｒ 化 层 （ 化温 度达 Ｉ０ ￣ ，它 比一般 的 ＴＡＮ涂层 更硬 、更 致 密 、更 耐 高 温 ，适 用 于高 速 切 削 、干式 氧 Ｏ０Ｃ） ｉ１ 切削 和硬 切削 的刀 具 ，可 加工 硬度 高达 ５ Ｈ Ｃ以上 的淬火 钢 。 ８Ｒ
尽管 Ｃ Ｄ涂层具有很好的耐磨性 ，但 Ｃ Ｄ工艺亦有其先天缺陷 ：一是工艺处理温度高 ，易造成刀 Ｖ Ｖ 具材料抗弯强度下降 ；二是薄膜 内部呈拉应力状态 ，易导致刀具使用时产生微裂纹；三是 Ｃ Ｄ工艺排 Ｖ 放 的废气 、废 液会 造成 较 大环境 污染 ，与 目前 大力 提倡 的绿色制 造 观念相 抵触 ，因此 自九 十年代 中期 以
收 稿 日期 ： ０ １—１ ２１ ２—１ ５
作者简介 ：陈勇志 （ ９ ７ ） １ ６ 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
９ ５
目前 ，涂层技术 已发展到第五代 ，每代分别是 ＴＮ ｉＮ ｒ１ 、ＣＡＮ＋ ｉ Ａ２ ３ 其他涂层。 ｉ 、ＴＣ 、ＣＡＮ ｒ １ ｓ 和 １ ＋ Ｏ
２ 主 要 涂 层 方 法 与机 理
涂 层方 法 主要有 化学 气相 沉 积 、物 理气 相沉 积 等 。
２ １ 化学气 相 沉积 ．
化学 气 相沉 积 （ ｈｍｃｌ ａｏ ｅｏｉｏ ，简 称 Ｃ Ｄ）是 反应 物质 在气 态条 件 下发 生化 学 反应 ，生 Ｃ ｅ ｉ ｐｒｄｐｓｉ ａｖ ｔｎ Ｖ 成 固态 物质 沉积 在加 热 的 固态 基体 表 面 ，进 而制 得 固体材 料 的工艺 技术 。它 本质 上属 于原子 范畴 的气态
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
中图分类号 ：Ｔ １ Ｇ７
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ ０ １ （０ ２ ３— ０ ４一Ｏ ０ ９— ３ ２ ２ １ ）０ ０ ９ ５
第１ ９卷第 ３期
２ ２ ０１ 年 ６ 月
Ｊ ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＯＮＧＧ ０ ＵＡＮ ＵＮ ＶＥ Ｉ Ｙ Ｏ Ｅ ＨＮＯ ＯＧＹ Ｉ ＲＳ Ｔ Ｆ Ｔ Ｃ Ｌ
东 莞 理 工 学 院 学 报
Ｖ １１ Ｎ ． ０ ９ ｏ３ ．
Ｊ ｎ ｕ． ２ ２ ０１
硬 质 合 金 涂 层 技 术 及 其 进 展
１ 硬 质 合 金 涂 层 研 究 现 状
涂 层 材料 须具 有硬 度 高 、耐 磨性 好 、化 学性 能稳 定 、不 与工 件材料 发 生化 学反 应 、耐 热耐 氧化 、摩
擦 因数低 ，以及 与基体 附 着牢 固等 要求 。最 初开 发 出 的涂 层是 ＴＣ、ＴＮ、Ａ 等单 一 涂 层 ，并 广 泛地 ｉ ｉ １ ０ 应 用 到机 械加 工 领域 中 。 目前 ，ＴＮ、ＴＣ等涂 层 仍然 是工 艺 最成 熟 和 应用 最 广 泛 的硬 质合 金 涂层 材 料 。 ｉ ｉ 与 ＴＣ相 比较 ，ＴＮ 与基体 结合 强度 差 ，涂层 易 剥落 ，且 硬 度也 不 如 ＴＣ高 ，在切 削 温 度较 高 时 膜 层 易 ｉ ｉ ｉ 因氧 化 而被烧 蚀 。ＴＣ涂层 虽 有较 高 的硬度 与耐 磨性 ，抗 氧化 性也 好 ，但 其 性 脆 ，不 耐 冲击 。后 续 出现 ｉ