梯度硬質合金塗層技術——化學氣相沉積(CVD)技術

為改善硬質合金的切削加工性能，工業發達國家80%以上的硬質合金刀具都經過表面塗覆處理。幾十年來，國內外相繼開發了雙塗層、三塗層以及多塗層的複合刀片，有的塗層數甚至達到幾十層、上百層的水準。硬質合金塗層技術通常可分為化學氣相沉積(CVD)技術和物理氣相沉積(PVD)技術兩大類。

化學氣相沉積(CVD)是硬質合金領域的一個重要技術突破，它借助一種或幾種含有塗層元素的化合物或單質氣體在放置有基材的反應室裏的氣相作用或在基材表面的化學反應而形成塗層，常見的CVD技術是以含C/N的有機物乙氰(CH3CN)作為主要反應氣體，與TiCl4、H2、N2在700~900℃下產生分解、化學反應生成TiCN。塗層有效地提高了硬質合金製品表面硬度和耐磨性，延長硬質合金製品的使用壽命，減少損耗，提高機加工效率。

20世紀60年代以來，CVD技術被廣泛應用於硬質合金可轉位刀具的表面處理。80年代中後期，美國已有85%硬質合金工具採用了表面塗層處理，其中CVD塗層占到99%，到90年代中期，CVD塗層硬質合金刀片在塗層硬質合金刀具中仍占80%以上。

80年代末，Krupp.Widia開發的低溫化學氣相沉積(PCVD)技術達到了實用水準，其工藝處理溫度已降至450~650℃，有效控制了η相的產生，可用於螺絲刀具、銑刀、模具的TiN、TiCN、TiC等塗層，但迄今為止，PCVD工藝在刀具塗層領域的應用並不廣泛。

90年代中期，中溫化學氣相沉積(MTCVD)新技術的出現使CVD技術發生了革命性變革。採用MTCVD技術可獲得緻密纖維狀結晶形態的塗層。塗層厚度可達8~10μm。這種塗層結構具有極高的耐磨性、抗熱震性和韌性。MTCVD塗層硬質合金刀片適於在高溫、高速、大負荷、幹切條件下使用，其使用壽命可比普通塗層硬質合金刀片提高一倍左右。

我國從20世紀70年代初開始研究CVD塗層技術，由於該項技術專用性較強，國內從事研究的單位不多。80年代中期，我國CVD刀具塗層技術的開發達到實用化水準，工藝技術水準與當時的國際水準相當，但在隨後的十多年裏發展較為緩慢。我國的低溫化學氣相沉積(PCVD)技術的研究始于90年代初，PCVD技術主要用於模具塗層，目前在切削刀具領域的應用也十分有限。90年代末期，我國開始中溫化學氣相沉積(MTCVD)技術的研發工作。


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