表面涂层硬质合金是通过化学气相沉积(CVD)等方法，在硬质合金刀片的表面上涂覆耐磨的TiC或TiN、HfN、Al2O3等薄层，形成表面涂层硬质合金。这是现代硬质合金研制技术的重要进展。1969年，西德克虏伯公司和瑞典山特维克公司研制的TiC涂层硬质合金刀片初次投入市场。1970年后，美国、日本和其他国家也都开始生产这种刀片。三十余年来，涂层技术有了很大的进展。涂层硬质合金刀片由第一代、第二代已发展到第三代、第四代产品。

涂层硬质合金刀片一般均制成可转位的式样。用机夹方法装卡在刀杆或刀体上使用。它具有以下优点：
1)由于表层的涂层材料具有极高的硬度和耐磨性，故与未涂层硬质合金相比，涂层硬质合金允许采用较高的切削速度，从而提高了加工效率；或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。
2)由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故与未涂层刀片相比，涂层刀片的切削力有一定降低。
3)涂层刀片加工时，已加工表面质量较好。
4)由于综合性能好，涂层刀片有较好的通用性。一种涂层牌号的刀片有较宽的适用范围。

钨钛钴硬质合金(cemented titanium-tung-sten carbide)由WC%26mdash;TiC、WC和粘结金属钴组成的或者仅由WC%26mdash;TiC固溶体和钴组成的多相硬质合金。合金的含钴量4％～10％，含TiC5％～30％，余量为WC，主要用于切削钢材。钨钛钴硬质合金具有较高的抗月牙洼磨损能力，适合作长切削材料的刀具。用钨钴硬质合金刀具切削钢材时易出现月牙洼磨损，这主要是由于在切削温度下刀具与切屑发生扩散反应引起的。为了克服加工钢材时的月牙洼磨损，在20世纪20年代初，研制了含TiC的硬质合金和含TaC的硬质合金，稍后又研制了同时含有碳化钛和碳化钽的硬质合金。在这类合金中，TiC和TaC的含量取决于月牙洼磨损的严重程度，TiC可达35％，TaC达7％。

钨钛钽钴硬质合金(即WC%26mdash;TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co合金)，已发展成为切削钢的重要材料。在西欧几乎取消了原有的WC一TiC%26mdash;Co切削钢牌号合金，在美国和日本，切削钢牌号合金以WC%26mdash;TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co合金为主，但在东欧，尤其在前苏联，切削钢牌号合金仍以WC%26mdash;TiC%26mdash;Co合金为主。WC%26mdash;TiC%26mdash;Co和WC一TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co切削牌号合金在硬质合金中的比例因各国情况而异。

在中国，WC%26mdash;TiC%26mdash;Co合金的生产量仅次于钨钴硬质合金。用代号YT表示WC%26mdash;TiC%26mdash;Co合金，用代号YW表示WC%26mdash;TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co合金，后者又称为通用合金。表1和表2列出中国钨钛钴硬质合金和钨钛钽钴硬质合金的牌号、成分和性能。

山特维克可乐满的钻削产品和行业专家JohnDotday指出，提高生产率固然重要，但该公司发现，大批量零件制造商往往更关心如何提高和达到可预测的刀具寿命，在钢件钻削加工中尤其如此，因为不同批次工件材料的微小变化可能会导致刀具破损。
　　
山特维克可乐满的整体硬质合金钻头CoroDrill860-PM就是为提高钢件（包括淬硬钢和软钢）钻削的安全性和加工效率而开发的。Dotday指出，由于存在积屑瘤和切屑控制问题，硬度较低、粘性较大的低合金钢（如1018钢和1020钢）的钻削加工具有很大挑战性。尽管这些工件材料断屑困难，但CoroDrill860-PM钻头却能形成尾部很短的细小切屑。
　　
Dotday解释说，除了针对钢件加工优化钻头几何形状以外，对钻头切削刃的钝化处理和钻尖强化可防止钻尖崩刃，提高了钻削加工的强度和安全性。切削刃钝化处理是在磨床上用磨料刷子来实现的，这种新的切削刃制备方法和强韧的4234硬质合金基体可防止钻头过快磨损，提高钻孔的尺寸精度和表面光洁度。Dotday说，“我们希望有一种可控的磨损模式。”
　　
该钻头不仅提供了可预测的刀具寿命，而且延长了刀具寿命。与其他钻头相比，CoroDrill860-PM的寿命提高了20%～40%。该钻头的内冷却功能还有助于切屑控制，Dotday建议，应采用不低于220psi的冷却液压力。对于所用机床不具备内冷却功能的最终用户，该公司也提供了种类有限的外部冷却钻头，但这些钻头只能用于钻削孔深不超过3倍孔径的浅孔，而且应该将切削速度和进给率降低25％。对于内冷却钻头，推荐采用的进给率约为0.25mm/r，加工软钢和硬钢时，推荐采用的表面切削速度分别为120～240m/min和60～100m/min。
　　
当钻头切出易于处理的切屑后，刷钝处理后涂覆的多层TiAlN涂层有助于提高润滑性和排屑性能。该涂层看起来就像研磨表面一样光滑。标准CoroDrill860-PM钻头的直径范围为3～20mm，最大钻孔深度可达8倍孔径。钻尖角为139°～144°（取决于钻头直径）。即使在凸凹不平的表面上钻孔时，也不推荐预钻定心孔。Dotday解释说，“除非你采用具有合适几何形状的定心钻，否则定心孔将会引起一些问题，并使钻头更快损坏。”
　　
当钻头需要重磨修复时，山特维克可乐满要求采用专门的刃磨和切削刃制备设备，以保证修复后的钻头达到与新钻头相同的使用寿命。钻头修复会使刀具长度缩短大约1mm，并因为重新涂层而使钻头直径略有增大。一支钻头可以修复3次，但超过3次以后，重涂的涂层就会出现剥落问题。由于钻头的修复会缩短其长度，因此用户需要确定该钻头经过几次修复后，其长度是否仍能满足加工要求。
　　
用CoroDrill860-PM加工孔径不同的通孔时，始终应该先钻削孔径最大的孔，以最大限度地减少毛刺形成和防止钻头跑偏。


硬质合金生产商、供应商：中钨在线科技有限公司
产品详情查阅：http://www.tungsten-carbide.com.cn
订购电话：0592-5129696 传真：0592-5129797
电子邮件：sales@chinatungsten.com
钨图片网站：http://image.chinatungsten.com
钨视频网站：http://v.chinatungsten.com
钨新闻、价格手机网站，3G版：http://3g.chinatungsten.com

由于经过涂层工艺，基体刀片的韧性和抗弯强度不可避免地有所下降，加上涂层材料的化学性质等原因，故涂层硬质合金刀片仍只有一定的适用范围。涂层硬质合金刀片可以用于各种碳素结构钢、合金结构钢(包括正火和调质状态)、易切钢、工具钢、马氏体不锈钢和灰铸铁的精加工、半精加工以及较轻负荷的粗加工。

涂层硬质合金刀片最适用于连续车削，但在切深变化不大的仿形车削、冲击力不太大的间断车削及某些铣削工序中亦可采用。近年在切断、车螺纹中也已使用涂层刀片。但是，TiC和TiN涂层刀片不适宜于加工下列材料：高温合金、钛合金、奥氏体不锈钢、有色金属(铜、镍、铝、锌等纯金属及其合金)。沉重的粗加工，表面有严重夹砂和硬皮的铸件的加工也不宜使用涂层刀片。


硬质合金生产商、供应商：中钨在线科技有限公司
产品详情查阅：http://www.tungsten-carbide.com.cn
订购电话：0592-5129696 传真：0592-5129797
电子邮件：sales@chinatungsten.com
钨图片网站：http://image.chinatungsten.com
钨视频网站：http://v.chinatungsten.com
钨新闻、价格手机网站，3G版：http://3g.chinatungsten.com

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。