塗層硬質合金類型——梯度塗層

自從塗層硬質合金技術發展以來，塗層的類型也產生了多樣化，較為突出的如單層多元複合塗層、多層塗層、梯度塗層、納米塗層、超硬塗層以及軟塗層等等。

3.梯度塗層

塗層硬質合金由於塗層與基體間以及多塗層之間都存在著一定的摩擦係數和熱膨脹係數的差異，若得不到有效的控制，塗層的結合力會有明顯的下降。梯度塗層的出現有效地解決了這一難題，其所構建的成分與顯微組織在空間呈梯度變化，從而減輕了應力集中的現象，消除了多塗層介面，有效提高了塗層與基體間以及塗層與塗層間的結合強度，大幅度地提高了塗層硬質合金的使用壽命。通過實驗分析梯度碳氮化鈦Ti（C,N）塗層的斷面組織以及成分分佈發現，其擁有更好的顯微硬度以及韌性。相關研究人員還採用了磁控濺射技術在硬質合金基體上沉積了梯度氮鋁化鈦（TiAlN）塗層，並利用金屬蒸汽真空弧在基體與梯度塗層之間注入鈦（Ti）原子，從而形成了具有一定Ti濃度梯度的過渡層。該方法在隨後的動態衝擊測試中幾乎不發生失效，在高速切削或銑削時具有更好的耐磨損性及韌性，使用壽命也大幅度增加。

這裏需要和硬質合金的梯度結構做一個比較，梯度塗層是指在塗層結構上的梯度排列，而塗層硬質合金的各項性能以及使用壽命不僅僅取決於塗層材料，而更加密切相關的是硬質合金基體本身的性質。梯度結構的硬質合金基體有效解決了塗層的裂紋向基體擴展的問題。其通過在碳化鎢-鈷（WC-Co）體系中加入少量的氮化鈦（TiN）、（Ti,W）C等立方結構相，再利用脫氮工藝在表層形成無立方相、富鈷Co粘結相的梯度結構，鈷Co粘結相所具有的較好的韌性可以在一定程度上阻止裂紋的擴展。以下是均質硬質合金基體與梯度硬質合金基體光學顯微鏡下的照片：

從圖中我們就可以更直觀地看出普通均質硬質合金基體與梯度結構的硬質合金基體之間結果上的差異，之後我們在將相應的塗層硬質合金刀具斷口形貌的掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope， SEM）的照片加以對比：

從塗層硬質合金刀具斷口形貌SEM照片上我們不難看出梯度結構硬質合金刀具基體的斷口形貌比普通結構硬質合金刀具均質基體更為粗糙且表面凹凸不平。這是由於梯度結構中的富鈷Co區所具有較高的韌性，較好地吸收了裂紋擴展的能量，使得塑性變形量的增加。這也進一步證明了梯度結構的硬質合金基體具有更強的抗衝擊韌性以及切削邊緣韌性。