涂层硬质合金简介

为了解决硬质合金材料中所无法避免的矛盾-硬度与韧性，相关研究人员相继提出了不少改进与优化措施，其中目前较为有研究价值的有两个方向，其一是超细纳米硬质合金，另一个就是涂层硬质合金。涂层硬质合金指的是在传统硬质合金的表面涂覆上一层耐磨的碳化钛（TiC）、氮化钛（TiN）、碳氮化硼（TiCN）、立方氮化硼（CBN）、刚玉（氧化铝， AL₂O₃）等薄层所形成的表面涂层硬质合金。该方法在硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高且耐磨性好的材料，既减小了刀具的磨损，又充当了热屏障与化学屏障的角色，很好地协调了传统硬质合金刀具强度与硬度之间的矛盾，提高了加工精度和加工效率，也延长了硬质合金刀具的使用寿命。目前为止，涂层硬质合金已有40多年的发展历史，涂层的材料多种多样且由单一涂层逐渐发展到复合涂层。较为常见的涂层方法包括化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD）、等离子体化学气相沉积法（PCVD）、溶胶-凝胶法（Sol-Gel）以及真空阴极电弧沉积法（VCAD）等等。

现如今，涂层硬质合金呈涂层成分多元化、涂层结构多层化、工艺组合多样化、基体结构梯度化的发展趋势。

1. 涂层成分的多元化主要表现在：由于单涂层刀具基材与涂层两者间的晶格类型、硬度、弹性模量以及热膨胀系数存在较大的差距，导致结合力较弱。若在单涂层中加入其他新元素，可极大地改善涂层硬质合金的一些综合性能，如加入硅（Si）可显著提高材料硬度以及抵抗化学扩散，稀土元素钇（Y）可提高材料的抗氧化性，锆（Zr）、钒（V）、铪（Hf）等元素的加入可改善材料的抗磨损性能。

2. 涂层结构多层化是目前涂层硬质合金的主要发展趋势，通过不同的涂层组合，发挥出各涂层的优良性能，每层的厚度也越来越薄，逐渐趋于纳米化。

3. 工艺组合多样化适合于现代切确加工日渐复杂的工作环境条件，如将CVD与PVD的工艺有机结合起来，使得CVD-TiCN涂层具有较高的耐磨性，且基体与涂层间结合强度大大提高，而PVD-TiN涂层具有压缩残余应力的效果，两者的结合使得硬质合金刀具具有更好的综合性能。

4. 基体结构梯度化是指对硬质合金基体进行梯度处理，从而有效地阻止裂纹向合金内部扩展，防止由于裂纹扩展而导致材料的失效。

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