塗層硬質合金簡介

為了解決硬質合金材料中所無法避免的矛盾-硬度與韌性，相關研究人員相繼提出了不少改進與優化措施，其中目前較為有研究價值的有兩個方向，其一是超細納米硬質合金，另一個就是塗層硬質合金。塗層硬質合金指的是在傳統硬質合金的表面塗覆上一層耐磨的碳化鈦（TiC）、氮化鈦（TiN）、碳氮化硼（TiCN）、立方氮化硼（CBN）、剛玉（氧化鋁， AL₂O₃）等薄層所形成的表面塗層硬質合金。該方法在硬質合金刀具基體上塗覆一層或多層硬度高且耐磨性好的材料，既減小了刀具的磨損，又充當了熱屏障與化學屏障的角色，很好地協調了傳統硬質合金刀具強度與硬度之間的矛盾，提高了加工精度和加工效率，也延長了硬質合金刀具的使用壽命。目前為止，塗層硬質合金已有40多年的發展歷史，塗層的材料多種多樣且由單一塗層逐漸發展到複合塗層。較為常見的塗層方法包括化學氣相沉積法（CVD）、物理氣相沉積法（PVD）、等離子體化學氣相沉積法（PCVD）、溶膠-凝膠法（Sol-Gel）以及真空陰極電弧沉積法（VCAD）等等。

現如今，塗層硬質合金呈塗層成分多元化、塗層結構多層化、工藝組合多樣化、基體結構梯度化的發展趨勢。

1. 塗層成分的多元化主要表現在：由於單塗層刀具基材與塗層兩者間的晶格類型、硬度、彈性模量以及熱膨脹係數存在較大的差距，導致結合力較弱。若在單塗層中加入其他新元素，可極大地改善塗層硬質合金的一些綜合性能，如加入矽（Si）可顯著提高材料硬度以及抵抗化學擴散，稀土元素釔（Y）可提高材料的抗氧化性，鋯（Zr）、釩（V）、鉿（Hf）等元素的加入可改善材料的抗磨損性能。

2. 塗層結構多層化是目前塗層硬質合金的主要發展趨勢，通過不同的塗層組合，發揮出各塗層的優良性能，每層的厚度也越來越薄，逐漸趨於納米化。

3. 工藝組合多樣化適合於現代切確加工日漸複雜的工作環境條件，如將CVD與PVD的工藝有機結合起來，使得CVD-TiCN塗層具有較高的耐磨性，且基體與塗層間結合強度大大提高，而PVD-TiN塗層具有壓縮殘餘應力的效果，兩者的結合使得硬質合金刀具具有更好的綜合性能。

4. 基體結構梯度化是指對硬質合金基體進行梯度處理，從而有效地阻止裂紋向合金內部擴展，防止由於裂紋擴展而導致材料的失效。