硬质合金刀具涂层与合金基体之间的结合强度是制约涂层硬质合金刀具使用寿命的关键因素。涂层必须与合适的基体相结合才能达到预期的性能。比如说,具有较高红硬性的耐磨基体通常为细晶低钴的碳化钨基合金,并通常加入少量的TiC、TaC和NbC,使基体具有更高的抗变形能力。

涂层硬质合金刀具已由早期的TiC(1969年)、TiN(1971年)、Al2O3(1972年)等单涂层发展到TiC-TiN,TiCN-TiN等双涂层及TiC-TiNAl2O3等三涂层,最多的可达13层涂层。近年还出现了金刚石涂层、立方氮化硼(CBN)涂层、软涂层(MoS、WS)以及硬软组合涂层,使涂层硬质合金刀具切削性能大大提高。硬质合金刀具涂层种类众多，主要是从单一化合物涂层朝着多元复杂化合物涂层发展,涂层层数也从几层增加到十几层的多层涂层,而多元复合涂层、多元复合纳米涂层、金刚石涂层、CBN涂层将是未来涂层硬质合金刀具的发展方向。




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硬质合金由难熔金属硬质化合物和金属粘结剂经粉末冶金方法而制成,其硬度(HRA)为89~94,远远高于高速钢；在540℃时硬度(HRA)为82~87,与高速钢常温时的硬度(HRA83~86)相当,同时还具有化学稳定性好、耐热性高等优点。目前供使用的刀具材料品种虽然很多,新型的刀具材料也不断出现,但硬质合金仍是很受欢迎的一种刀具材料。

为了尽可能防止由于裂纹扩展而导致的材料失效,并有利于获得高性能的硬质合金刀具材料可对基体进行梯度处理,使涂层基体表面区域形成缺立方相碳化物和碳氮化物的韧性区域,此区域的粘结剂含量高于涂层基体的名义粘结剂含量；当涂层中形成的裂纹扩展到该区域时,由于其良好的韧性,可以吸收裂纹扩展的能量,因而能够有效地阻止裂纹向硬质合金刀具内部扩展,提高硬质合金刀具的使用性能。




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在硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜的涂层刀具,结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点,降低了硬质合金刀具与工件之间的摩擦因数,提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性。因此,涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性,延长了刀具的寿命,这是切削刀具发展的又一次革命。

目前硬质合金刀具涂层的方法仍以化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)为主,这两种方法比较突出的问题是涂层与基体间的结合强度低,涂层容易剥落,这样就使涂层不能做得太厚,而涂层一旦被磨掉,刀具就会迅速磨损。近年来,已有一些新的涂层方法出现,如等离子辅助化学气相沉积(PACVD)、中温化学气相沉积(MTCVD)、溶胶-凝胶(Sol-Ge1)法、高速氧-燃气热喷涂(HVOF)、真空阴极电弧沉积(VCAD)等方法。在韧性较好的硬质合金基体上,通过CVD、PVD、HVOF等方法涂覆一层很薄的耐磨金属化合物,可使基体的强韧性与涂层的耐磨性相结合而提高硬质合金刀具的综合性能。




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