塗層硬質合金

塗層硬質合金刀具是在強度和韌性較好的硬質合金基體表面上，利用氣相沉積方法塗覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物（也可塗覆在陶瓷、高速鋼、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上）而獲得的。

簡介

塗層作為一個化學屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應，從而減少了月牙槽磨損。塗層硬質合金刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、耐熱耐氧化、摩擦因數小和熱導率低等特性，切削時可比未塗層刀具提高刀具壽命3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1級，降低刀具消耗費用20%~50%。因此，塗層刀具已成為現代切削刀具的標誌，在刀具中的使用比例已超過50%。目前，切削加工中使用的各種刀具，包括車刀、鏜刀、鑽頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀和插齒刀等都可採用塗層工藝來提高它們的使用性能。

實踐證明，在韌性較好的硬質合金表面沉積一層極薄的耐磨層，即塗層硬質合金，它能較好地解決硬質合金的耐磨性與韌性之間的矛盾。

結構分析

根據硬質合金塗層刀片的服役環境及失效分析可知，當硬質塗層與硬基體（鎢鈦鈷類硬質合金）結合時，在衝擊載荷作用下，由於基體的韌性較差，塗層中產生的裂紋容易向基體內擴展，使刀片產生崩刃破損而失效。當硬質塗層與軟基體（鎢鈷類硬質合金）結合時，在切削力的作用下，由於基體抗塑性變形的能力較差，塗層殼體容易產生破裂，引起塗層失效。

作為切削工具所採用的硬質合金，其代表性材料有：A.WC-Co類（鎢鈷類）硬質合金；B.WC-TiC(N)-Co類（鎢鈦鈷類）硬質合金；C.在上述兩種材料表面塗覆了硬質薄膜的塗層硬質合金。

成分體系

隨著數控工具機的發展和難加工材料的出現，傳統刀具已無法滿足現代製造業對提高效率和降低成本的要求。塗層硬質合金具有高硬度、優良的耐磨性和較長的壽命，推動著數控刀具的快速發展。塗層硬質合金材料主要包括塗層和硬質合金基體兩部分。塗層的過程是物理化學反應並生成薄膜的過程，基體的性能和表面狀態應滿足塗層條件，塗層與合適的基體向配合才能實現預期的性能。

基本要求

硬質合金塗層基體一般應滿足一下要求：

1.有良好的韌性和抗塑性變形能力；

2.有足夠高的硬度和強度，尤其是高溫硬度和強度；

3.化學成分應與塗層材料相匹配，相互之間能粘結牢固；

4.在高的沉積溫度下不受損害；

5.熱膨脹係數與塗層材料相近；

6.有良好的導熱性。

優點

在硬質合金表面通過物理、化學、電漿氣相沉積等方法塗覆單層或多層碳化物、氮化物、氧化物等難容硬質合金化合物，可大幅度提高硬質合金工具的性能和使用壽命。塗層硬質合金具有很高的室溫和高溫硬度、良好的抗氧化性、抗月牙窪磨損性能、較小的摩擦係數、被加工件表面粗糙度低、工具使用壽命長等一系列優點。因此，這類合金髮展極其迅速，合金品種、產量不斷增加，套用範圍不斷擴大。

塗層硬質合金具有下述優點：
塗層的硬度高（TiC-2800HV30, TiN-2100HV30）,耐磨性好，能減少刀具前刀面上的月牙窪磨損和後刀面磨損，提高刀具耐用度。
塗層刀片比非塗層刀片的切削速度提高25%-30%，在相同切削速度下，刀片壽命可延長1-3倍。
可減少黏刀現象，不易生成積屑瘤。
刀片與工件之間的摩擦係數小，可降低切削力10%-15%。
同一塗層刀片可同時用於精車和半精車，能代替兩種不同牌號的非塗層刀片。