近10年来，涂层技术在切削刀具上的应用得到了快速普及，涂层刀具已成为切削加工不可缺少的主流刀具。与此同时，随着切削加工向高速切削、强力切削和干式切削的迅速发展，对涂层刀具的性能提出了更高要求。本文就刀具涂层技术的现状、开发动向以及日本JFE精密株式会社开发涂层新技术的情况作一简介。

　　1 切削刀具涂层技术的现状

　　（1）切削刀具涂层技术的种类

　　用于切削刀具的涂层技术主要分为PVD（物理涂层）和CVD（化学涂层）两大类。PVD又分为真空涂覆、阴极真空喷镀和离子镀。涂层技术用于切削刀具时，CVD工艺的处理温度接近1000℃，对于具有锋利刀尖的切削刀具，这种高温会降低刀具基体硬度，容易引起变形和破损；真空涂覆和阴极真空喷镀工艺存在的主要问题是涂层与基体的结合强度较低；离子镀能以较低的处理温度获得结合强度较高的涂层，非常适合用于切削刀具。

表1 各种涂层技术的特点

方式	CVD	PVD
		真空涂覆	溅射涂覆	离子镀
处理温度	700～1000℃	常温	常温～300 ℃	200～500 ℃
处理后变形硬度下降	×	◎	○	○
结合强度	◎	×	△	◎
表面粗糙度	△	○	◎	○

　　（2）离子镀设备及其特长

　　离子镀是一种在真空中使金属原料蒸发，并在等离子中离子化，使其轰击在加上负偏压的制品上而形成涂层薄膜的涂层技术。过去已开发了多种离子镀设备，目前在工业上广泛使用的主要有HCD（热阴极）式和AIP（单弧/多弧离子镀）式。这两种设备的差异主要是蒸发源的构成不同。由于AIP式离子镀具有容易获得使用多种金属的多元素涂层和多涂层以及涂层结合强度高的优点，近年来已成为主流设备。AIP式的缺点是离子镀层中有来自蒸发源的熔融粒子，这种粒子的存在使镀层表面粗糙度变差，若产生脱落就会变成镀层缺陷，成为发生腐蚀和磨损的起始点。为了减少这种镀层缺陷，改进了蒸发源的磁场控制，采用精密阴极，大幅减小了熔融粒子的大小及数量，对延长刀具寿命具有良好效果，这种设备目前已实现商品化。

　　（3）一般AIP涂层的种类和特长

　　用AIP方式涂覆的一般涂层的种类见表2，由于工件材质和切削条件不同时，涂层的寿命变化很大，因此应根据切削加工条件和要求选择适用的涂层材料，以获得最佳质量和经济效益。例如，当主要要求切削刀具具有优良的耐磨性时，大多选择TiN、TiCN、TiAlN涂层材料。近年来，涂层硬质合金刀具采用TiAlN涂层材料的情况显着增加；在铜、铝等非铁系金属的切削加工中，涂层刀具也有使用抗粘刀性良好的CrN涂层材料的例子；在冲压模具方面，主要使用TiCrN涂层材料；注塑模具使用最多的涂层材料是TiN，但近年来，使用抗腐蚀性能和抗树脂粘着性能优良的CrN涂层材料的比例也在不断增多。目前，从保护环境的目的出发，用户已有停止使用镀铬技术，用CrN涂层材料取而代之的动向。TiN和ZrN涂层的色调为金色，十分美观，多用于装饰涂层。

表2 AIP方式的一般涂层

涂层种类		TiN	TiCN	TiAlN	CrN	TiCrN	ZrN
特点		耐磨性 装饰性	耐磨性 粘刀性	耐磨性 抗氧化性	粘刀性 耐腐蚀性	耐磨性 表面抗压性	装饰性
用途	切削刀具	◎	◎	◎	○	—	—
	冲压模具	○	◎	○	○	◎	—
	注塑模具	◎	—	—		—	—
	装饰品	◎	—	—	—	—	—
物理特性	表面粗糙度 µm	Ra=0.2	Ra=0.2	Ra=0.3	Ra=0.15	Ra=0.15	Ra=0.2
	结合强度 (对HSS)	60N	6ON	4ON	80N	60N	60N
	涂层硬度	2200Hmv	2800Hmv	3000Hmv	180OHmv	2800Hmv	180OHmv
	抗氧化性能	450℃	350℃	800℃	550℃	550℃	350℃
	色调	金色	青灰色	紫色	灰色	茶灰色	白金色