涂层硬质合金类型——梯度涂层

自从涂层硬质合金技术发展以来，涂层的类型也产生了多样化，较为突出的如单层多元复合涂层、多层涂层、梯度涂层、纳米涂层、超硬涂层以及软涂层等等。

3.梯度涂层

涂层硬质合金由于涂层与基体间以及多涂层之间都存在着一定的摩擦系数和热膨胀系数的差异，若得不到有效的控制，涂层的结合力会有明显的下降。梯度涂层的出现有效地解决了这一难题，其所构建的成分与显微组织在空间呈梯度变化，从而减轻了应力集中的现象，消除了多涂层界面，有效提高了涂层与基体间以及涂层与涂层间的结合强度，大幅度地提高了涂层硬质合金的使用寿命。通过实验分析梯度碳氮化钛Ti（C,N）涂层的断面组织以及成分分布发现，其拥有更好的显微硬度以及韧性。相关研究人员还采用了磁控溅射技术在硬质合金基体上沉积了梯度氮铝化钛（TiAlN）涂层，并利用金属蒸汽真空弧在基体与梯度涂层之间注入钛（Ti）原子，从而形成了具有一定Ti浓度梯度的过渡层。该方法在随后的动态冲击测试中几乎不发生失效，在高速切削或铣削时具有更好的耐磨损性及韧性，使用寿命也大幅度增加。

这里需要和硬质合金的梯度结构做一个比较，梯度涂层是指在涂层结构上的梯度排列，而涂层硬质合金的各项性能以及使用寿命不仅仅取决于涂层材料，而更加密切相关的是硬质合金基体本身的性质。梯度结构的硬质合金基体有效解决了涂层的裂纹向基体扩展的问题。其通过在碳化钨-钴（WC-Co）体系中加入少量的氮化钛（TiN）、（Ti,W）C等立方结构相，再利用脱氮工艺在表层形成无立方相、富钴Co粘结相的梯度结构，钴Co粘结相所具有的较好的韧性可以在一定程度上阻止裂纹的扩展。以下是均质硬质合金基体与梯度硬质合金基体光学显微镜下的照片：

从图中我们就可以更直观地看出普通均质硬质合金基体与梯度结构的硬质合金基体之间结果上的差异，之后我们在将相应的涂层硬质合金刀具断口形貌的扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope， SEM）的照片加以对比：

从涂层硬质合金刀具断口形貌SEM照片上我们不难看出梯度结构硬质合金刀具基体的断口形貌比普通结构硬质合金刀具均质基体更为粗糙且表面凹凸不平。这是由于梯度结构中的富钴Co区所具有较高的韧性，较好地吸收了裂纹扩展的能量，使得塑性变形量的增加。这也进一步证明了梯度结构的硬质合金基体具有更强的抗冲击韧性以及切削边缘韧性。