硬质合金中碳含量控制是一个非常关键的问题。当合金中缺碳时，在合金中会形成脆性η相，η相的出现将大幅降低硬质合金的断裂韧度和强度。目前已知的η相主要有M6C型的Co3W3C、Co2W4C；M12C型的Co6W6CF、Co6W6C104F；Co3W9C4，除此之外，还有Co2W6C、Co2W8C3和Co3W10C4等。当合金中碳过量时，合金中的石墨相也将对合金的性能产生不利影响。采用化学气相沉积方法在梯度合金基体表面涂敷TiC高硬耐磨材料，在1000℃时，发生如下反应：

TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2

化学反应过程中生成的TiC沉积在基体的表面，然而实验发现，在化学气相沉积TiC涂层过程中，伴随着如下反应的进行：

TiCl4+C+2H2TiC+4HCl

物理气相沉积主要为蒸发镀膜、离子镀膜和溅射镀膜3大类。真空蒸发镀膜是发展较早，应用也最广的一种PVD涂层技术，目前仍占有世界40%的市场，但用途范围正在缩小。这种技术是在真空条件下采用电阻、电子束等加热镀膜材料，使其熔化蒸发再沉积在合金基体表面形成镀膜。

离子镀膜是在真空条件下通入Ar气等，利用辉光放电使气体和镀膜材料部分离化，并使离子轰击靶打出靶上的材料离子，使其沉积在合金基体的表面。离子镀膜在切削工具超硬材料镀膜中应用较为成功的技术是多弧离子镀膜。

溅射镀膜是在真空室中，利用荷能离子轰击靶材表面，通过离子的动量传递轰击出靶材中的原子及其它粒子，并使其沉积在合金基体表面形成镀膜的技术。溅射镀膜能实现大面积快速沉积。

PVD技术出现于20世纪70年代末，由于其工艺处理温度可控制在500℃以下，因此可作为最终处理工艺用于高速钢类工具的涂层。由于采用PVD技术可大幅度提高高速钢工具的切削性能，所以该技术自80年代以来得到了迅速推广。

为改善硬质合金的切削加工性能，工业发达国家80%以上的硬质合金刀具都经过表面涂覆处理。几十年来，国内外相继开发了双涂层、三涂层以及多涂层的复合刀片，有的涂层数甚至达到几十层、上百层的水平。硬质合金涂层技术通常可分为化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术两大类。

化学气相沉积(CVD)是硬质合金领域的一个重要技术突破，它借助一种或几种含有涂层元素的化合物或单质气体在放置有基材的反应室里的气相作用或在基材表面的化学反应而形成涂层，常见的CVD技术是以含C/N的有机物乙氰(CH3CN)作为主要反应气体，与TiCl4、H2、N2在700~900℃下产生分解、化学反应生成TiCN。涂层有效地提高了硬质合金制品表面硬度和耐磨性，延长硬质合金制品的使用寿命，减少损耗，提高机加工效率。

20世纪60年代以来，CVD技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。80年代中后期，美国已有85%硬质合金工具采用了表面涂层处理，其中CVD涂层占到99%，到90年代中期，CVD涂层硬质合金刀片在涂层硬质合金刀具中仍占80%以上。

要获得性能良好的涂层梯度硬质合金产品，涂层基体的制备是一个非常关键的问题。涂层必须与合适的基体结合才能达到预期的性能。具有梯度结构的表面富钴合金基体则使涂层切削刃强度更高，提高了涂层抗裂纹扩展能力，提高了基体与涂层的结合强度以及刀具的抗弯强度。硬质合金刀片划痕强度实验表明：基体成分相同情况下，梯度结构涂层刀片的基体与涂层结合强度比无梯度结构涂层刀片的基体与涂层结合强度大。硬质合金刀片的切削实验也表明：基体和涂层成分相同的情况下，有梯度结构涂层硬质合金刀片的切削性能比无梯度结构涂层硬质合金刀片的切削性能优良。

梯度硬质合金基体可通过分段烧结工艺制备。第一阶段预烧结，将试样在氮气保护下升温(升温速度为5℃/min)，升温到400℃时保温1h脱蜡；温度到1380℃时，保温1h使合金致密化后，冷却至室温。第二阶段梯度烧结，在真空状态下，将预烧结后试样由室温升至烧结温度并保温2h后随炉冷却至室温。

由于硬质合金刀具材料的耐磨性和强韧性不易兼顾，因此使用者只能根据具体加工对象和加工条件在众多硬质合金牌号中选择适用的刀具材料，这给硬质合金刀具的选用和管理带来诸多不便。为进一步改善硬质合金刀具材料的综合切削性能，对硬质合金刀具材料的研究研究热点主要包括以下几个方面：

(1)细化晶粒
通过细化硬质相晶粒度、增大硬质相晶间表面积、增强晶粒间结合力，可使硬质合金刀具材料的强度和耐磨性均得到提高。当WC晶粒尺寸减小到亚微米以下时，材料的硬度、韧性、强度、耐磨性等均可提高，达到完全致密化所需温度也可降低。普通硬质合金晶粒度为3～5μm，细晶粒硬质合金晶粒度为l～1.5μm(微米级)，超细晶粒硬质合金晶粒度可达0.5μm以下(亚微米、纳米级)。超细晶粒硬质合金与成分相同的普通硬质合金相比，硬度可提高2HRA以上，抗弯强度可提高600～800MPa。

常用的晶粒细化工艺方法主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体沉积法、机械合金化法等。等径侧向挤压法(ECAE)是一种很有发展前途的晶粒细化工艺方法。该方法是将粉体置于模具中，并沿某一与挤压方向不同(也不相反)的方向挤出，且挤压时的横截面积不变。经过ECAE工艺加工的粉体晶粒可明显细化。

刀具磨损机理研究表明，在高速切削时，刃尖温度最高可达900℃，此时刀具的磨损不仅是机械磨损，还有粘结磨损、扩散磨损及氧化磨损。因此，可将切削过程视为一个微区的物理化学变化过程。硬质合金涂层材料的选择对于涂层能否在刀具上发挥其应有的作用有很大的影响。

碳化钛是一种高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能；氮化钛的硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀具与被加工工件之间的摩擦系数。从涂层工艺性考虑，两者均为较理想的涂层材料，但无论谈化钛还是氮化钛，单一的涂层均很难满足高速切削对刀具涂层的综合要求。

碳氮化钛(TiCN)是在单一的TiC晶格中，氮原子(N)占据原来碳原子(C)在点阵中的位置而形成复合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有TiC和TiN的综合性能，其硬度高于TiC和TiN，因此是一种较理想的刀具涂层材料。

硬质合金废料回收活动的开展

当用于制造硬质合金的原料仲钨酸铵（APT）粉的价格从2005年初的每吨125美元狂涨到如今的每吨约280美元之际，由刀具制造商发起的硬质合金废料回收活动也开展得有声有色。

在总部位于美国宾夕法尼亚州拉特罗比的肯纳金属公司的网站上，访问者可以查询到回收硬质合金废料的最新报价（目前的报价是6.75～7.00美元/磅），并可以安排将报废的硬质合金刀具送到公司位于北卡罗莱纳州亨德森的制造工厂（从国外用户回收的硬质合金则送至位于德国埃森市的制造厂）。回收的硬质合金中必须不含陶瓷、金属陶瓷和钢，并应装入密闭容器中运输（重量不超过1000磅）。回收材料的价值可以现金、货款扣减或更换新刀具的方式返还给用户。

肯纳公司的高级产品经理Pankaj Khare表示，硬质合金回收活动受到广大用户——包括从小型加工车间直到大型制造商（如福特、通用汽车、波音等）——的普遍欢迎，“用户喜欢这个创意，喜欢这种观念，”Pankaj说，“回收活动促进了用户生产力的提高，因为它可使用户了解他们产生了多大数量的硬质合金废料，以便对供应链进行更有效的管理，采用适当的系统工艺，并使用户可以收回一部分费用。”

硬质合金锯片包含齿形、角度、齿数、锯片厚度、锯片直径、硬质合金种类等多数参数，这些参数决定着锯片的加工能力和切削性能。选择锯片时要根据需要正确选用锯片参数。

齿形，常用的齿形有平齿、钭齿、梯形齿、倒梯形齿等。平齿运用最广泛，主要用于普通木材的锯切，这种齿形比较简单、锯口比较粗糙，在开槽工艺操作时平齿能使槽底平整。钭齿锯切锯口质量比较好，适合锯切各种人造板、贴面板。梯形齿适合锯切贴面板、防火板，可获得较高的锯切质量。倒梯形齿常用于底槽锯片。

锯齿的角度就是锯齿在切削时的位置。锯齿的角度影响着切削的性能效果。对切削影响最大的是前角γ、后角α、楔角β。前角γ是锯齿的切入角，前角越大切削越轻快，前角一般在10-15°之间。后角是锯齿与已加工表面的之间的夹角，其作用是防止锯齿与已加工表面发生摩擦，后角越大则摩擦越小，加工的产品越光洁。硬质合金锯片的后角一般取值15°。楔角是由前角和后角派生出来的。但楔角不能过小，它起着保持据齿的强度、散热性、耐用度的作用。前角γ、后角α、楔角β三者之和等于90°。

硬质合金涂层最常用的方法是高温化学气相沉积法(简称HTCVD法)，是在常压或负压的沉积系统中，将纯净的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等气体或蒸气，按沉积物的成分，将其中的有关气体，按一定配比均匀混合，依次涂到一定温度(一般为1000℃～1050℃)的硬质合金刀片表面，即在刀片表面沉积TiC、TiN、Ti(C，N)或Al2O3或它们的复合涂层。反应方程式概括如下：

TiCl4+CH4+H2→TiC+4HCl+H2
TiCl4+½N2+2H2→TiN+4HCl
TiCl4+CH4+½N2+H2→Ti(C，N)+4HCl+H2
2A1Cl3+3CO2+3H2→Al2O3+3CO+6HCl

用PCVD(等离子体化学气相沉积)法在硬质合金刀片表面进行涂层也得到应用，因涂层工艺温度较低(700°～800°)，故刀片的抗弯强度降低的幅度较小，对铣刀片比较适宜。

硬质合金的主要性能

硬质合金性能主要是指硬度、耐磨性和热硬性，其硬度可维持到800~1000℃而无显著降低。这是由于构成硬质合金的主要成份—碳化钨（WC）和碳化钛（TiC）有很高的硬度、耐磨性和热稳定性的缘故。此外硬质合金还具有抗蚀性、抗氧化性和热膨胀系数比钢低等特点。但与工具钢相比，它的主要缺点是抗弯强度低，脆性大（韧性约为淬火钢的1/2~1/3）。故在保管、镶焊和使用过程中，要避免碰撞和冲击。由于硬质合金的热导性很差（尤其是YT类硬质合金的），在室温下几乎没有塑性，因此在磨削和焊接时，急热和骤冷都会使硬质合金表面形成很大的热应力，甚至产生裂纹。因为硬质合金的硬度很高（相当于68HRC以上）不能采用一般的切削的加工方法，只能采用电加工（例如电火花、线切割、导电磨削等）或用专门的砂轮磨削。因此都是将一定规格的硬质合金制品钎焊、粘结或机械卡装在钢制的刀体或模具体上使用。

两类合金相比，钨钴钛合金因含有碳化钛，故耐磨性、热硬性高、但抗弯强度、韧性和热导性比钨钴合金低。冷镦工艺中使用的硬质合金模，大都采用钨钴合金。