..東北農業大學本科課程論文__A071201刀具涂層技術理論研究學生__指導李紫所在院系：工程學院所學專業：機械設計制造及其自動化研究方向：機械設計及理論東北農業大學中國·XX2015年12月目錄TOC\o"1-3"\h\u22076摘要-1-25047關鍵詞-1-16209前言-3-6231研究意義-4-207721.1粘結磨損-4-237501.2氧化磨損-4-211941.3剝落與崩刃-4-259701.4擴散磨損-4-207502國內外刀具涂層技術的現狀-5-241802.1國外CVD技術的發展-5-216982.2國外PVD技術的發展-5-104352.3我國CVD技術的發展-5-42742.4我國PVD技術的發展-6-212503涂層材料的特點及要求-6-276263.1涂層材料的特點-6-223013.2涂層材料的要求-6-131674刀具涂層技術綜述-7-178314.1化學氣相沉積涂層-7-221834.1.1高溫化學氣相沉積涂層的優點-7-217924.1.2高溫化學氣相沉積涂層的缺點-7-276404.1.3中溫化學氣相沉積涂層優點-7-155144.2物理氣相沉積涂層-7-264724.2.1物理氣相沉積涂層步驟-8-154414.2.2物理氣相沉積涂層優點-8-315624.2.3物理氣相沉積涂層缺陷-8-31224.3等離子體化學氣相沉積涂層-8-69664.3.1等離子體化學氣相沉積涂層優點-8-264674.3.2等離子體化學氣相沉積涂層缺點-8-71374.4溶膠-凝膠法-9-259315刀具涂層改性意見-9-323976結語-9-5045參考文獻-10-11563致謝-11-..摘要機械制造工業是制造業最重要的組成之一,它擔負著向國民經濟的各個部門提供機械裝備的任務。我國現代化建設的發展速度在很大程度上要取決于機械制造工業的發展水平,因此,從這個意義上說,機械制造工業的發展水平是關系全局的。機械制造中的加工方法很多,其中材料去除加工精度較高!表面質量較好,有很強的加工適應性,是目前機械制造中應用最廣泛的加工方法。材料去除加工又可分為切削加工和特種加工,切削加工是利用切削刀具從工件上切除多余的材料,這就要求切削刀具的硬度要比工件高得多。刀具切削性能的優劣取決于刀具材料!切削部分幾何參數及刀具的結構。目前生產中所用的刀具材料主要是高速鋼和硬質合金,高速鋼強度高!韌性好,但硬度與耐磨性比硬質合金差；硬度合金硬度與耐磨性較好,但強度與韌性比高速鋼差,而涂層刀具是在高速鋼或硬質合金基體上涂覆一層難熔金屬化合物,涂層刀具表面硬度高!耐磨性好,其基體又有良好的抗彎強度和韌性,涂層硬質合金刀具壽命可提高1-3倍,涂層高速鋼刀具壽命可提高1.5-10倍。涂層刀具可以進行干切削,即無需在加工中使用切削液,從而節省資源,節約材料,降低能耗,減少排放,減輕對人及周圍環境的污染,實現機械加工過程的綠色化,干式加工對刀具材料要求很高,它要求材料要具有很高的紅硬性和熱韌性,良好的耐磨性!耐熱沖擊和抗粘結性,現在立方氮化硼<CBN>!聚晶金剛石<PCD>!超細晶粒硬質合金等超硬材料已經廣泛應用于干切削。實驗表明,干式切削理想的條件應該是在高速切削條件下進行,這樣可以減少傳到工件!刀具和機床上的熱量。經過大量的研究,高速鋼和硬質合金經過PVD!CVD涂層處理后也可以用于干切削,且成本較立方氮化硼<CBN>!聚晶金剛石<PCD>!超細晶粒硬質合金等超硬材料要低。實驗表明,在加工鋁硅合金和淬火鋼中,涂層刀具與未涂層刀具相比壽命有大幅度提高。關鍵詞:涂層材料；涂層刀具；切削性能；刀具壽命AbstractMachinerymanufacturing,oneofthemostimportantcomponentsofmanufacturing,bearsthemissiontoprovidemachineriesandequipmentsforeachdepartmentofthenationaleconomy.Thepaceofmodernizationofourcountrydependsmainlyonthedevelopmentofmachinerymanufacturingindustry.Therefore,fromthissense,themachinerymanufacturingindustry15relatedtothedevelopmentofthecountry.AmongthewaysofMachineryManufacturingProcessing,materialRemovalprocessinghasbeenwidelyusedbecauseofitshighprecision,bettersurfacequalityandIntenseself-adapting.Materialremovalprocessingcanbedividedintocuttingprocessingandsomespecialprocessing.Cuttingprocessing,Whichistocuttheextramaterialfromtheworkpiecewithtools,requiresthehardnessofcuttingtoolsmuchhigherthantheworkpiece.Currentlythemainmaterialutilizedintheproductionofcuttingtoolsishigh-speedsteelandhardalloy.High-speedsteelisofhighstrengththangoodtoughness,butthehardnessandwearresistanceareworsethanhardalloy:hardalloyisofgoodhardnessandwearresistance,butthestrengthandtoughnessareworsethanthehigh-speedsteel.Thecoatingtool,thesubstrateofhigh-speedsteelorhardalloycoatedwithalayerofrefractorymetalcompounds,15ofhardsurface,goodwearresistanceanditsmatrixhasgoodbendingstrengthandtoughness.ThelifetimeofcoatedhardalloyToolcanbeincreasedbyl-3times,whileCoatedHigh-speedToolcanbeincreasedfrom1.5to10times.Coatedcuttingtoolcandodrycutting,that15,withoutofcuttingfluidinprocessing,therebycansaveresources,savematerial,reduceenergyconsumption,draincontamination,andpollutiontothesurroundingandachievethefriendlyMachiningprocess.Dry-typeprocessing,highdemandingofthematerialoftool,requiresmaterialstobeofhighredhardnessandtoughnessofhot,goodwearresistance,thermalshockandanti-caking.Nowsuper-hardmaterialssuchasCubeBoronNitride<CBN>,polycrystallinediamond<PCD>andultra-finegrainedcementcarbidehavebeenWidelyusedindrycutting.TheexperimentalresultsshowthattheidealconditionofdrycuttingisHigh-speedcutting,whichcanreducethespreadoftheheatontheworkpieces,toolsandmachinetools.Manystudiesrevealthathigh-speedsteelandcementedcarbidecoatedbyPVD,CVDcanalsobeusedindrycutting,andaremuchcheaperthansuper-hardmaterialssuchasCubeBoronNitride<CBN>,polycrystallinediamond<PCD>andultra-finegrainedcementedcarbide.Theexperimental,resultsshowthatintheprocessingofAl-S1alloyandhardenedsteel,thecoatedtoolhasalongerlifetimethanTheuncoatedone.InthispaperfromthecuttingexperimentwefindthatitisfeedratethataffectsSurfaceroughnessofpartsunderhigh-speeddrycuttingconditions.Keywords:coatingmaterial；coatedtool；toollifetime；cuttingperformance前言我們知道,刀具表面徐層是提高刀具壽命的一項有效手段,因為刀具表面涂層不僅可以提高刀具的表面硬度,增強其耐磨性,而且可以減小刀具表面摩擦系數,增加潤滑能力,提高切削速度,減少換刀次數,改善被加工零件的精度及表面光潔度,提高產品質量,提高生產效率。工業發達國家的涂層刀具占使用刀具的80%以上,而我國不及20%,因此涂層刀具在我國廣泛使用具有重大意義.目前,國內鍍膜工藝尚不完善、也不太穩定,因而極大地限制了它的實際應用。我們從多弧離子鍍技術工藝的角度,對刀具涂層質量的因素進行了研究,發現影響刀具涂層質量的因素主要是刀具溫度、涂層組分、涂層厚度等[1]。隨著制造業的發展,采用高強度!高硬度!高耐磨性!高耐熱性和高化學穩定性等材料越來越多,它們的加工難度較大,雖然可以使用硬質合金涂層!金剛石!立方氮化硼和陶瓷等刀具加工,但這些刀具價格昂貴,又不抗沖擊,所以一般工廠采用不多。淬火鋼的硬度一般在45HRC以上,材料硬度高!塑性變形性差!切削阻力大!切削溫度高,加工刀具容易磨損,切削很困難；高硅鋁合金具有較高的高溫強度!良好的熱穩定性和高的耐磨性,是一種理想的耐磨材料,近年來高硅鋁合金在汽車!摩托車!軍工及航天等領域得到了廣泛的應用。因此,探討這些難加工材料的切削加工性能選擇合適的刀具材料十分必要。本文應用試驗的方法,通過不同涂層材料的刀具進行切削加工,在保證加工質量的前提下,尋求切削加工的最佳參數。目前,金剛石涂層刀具多選用鎢鉆類硬質合金<wc-co>或氮化硅<SiN>等陶瓷材料作基體。硬質合金基體的不足之處在于基體中作為粘結相的CO具有催石墨化的作用,對金剛石涂層的質量及涂層與基體之間的附著力有不利影響。以WC-CO硬質合金為基體的金剛石涂層刀具是當前研究和發展的主要方向。國內外對涂層刀具的研究己有十數年的歷史,目前己有的研究表明,采用涂層刀具進行加工,不僅可以滿足零件的加工質量要求,而且可以實現綠色加工,在世界各國越來越重視環保的今天,相信涂層刀具的應用前景十分廣闊。1研究意義刀具表面涂層技術是應市場需求發展起來的一種優質表面改性技術。由于該項技術可使切削刀具獲得優良的綜合機械性能,從而大幅度提高機械加工效率及刀具使用壽命,因此該項技術已成為滿足現代機械加工高效率!高精度!高可靠性要求的關鍵技術之一。世界各國都十分注重涂層技術的發展[2][3]。刀具表面涂層應具有足夠的化學穩定性能!熱硬度和與基體較強的粘結性能,優化的涂層厚度!細的顯微結構及殘余壓應力可以進一步提高涂層性能。涂層材料化學惰性的標準是它的形成標準,即自由能的負數很高或在一定切削溫度下,它在工件材料的溶解度很低。在一定切削溫度下,只要硬涂層比基體的硬度高,就有助于增強抗磨粒磨損。雖然切削主要由化學磨損所控制,但由于高的涂層硬度會使刀具前面在較高的溫度下,其抗月牙洼磨損性能得到增強。涂層方法及過程參數影響硬涂層的顯微結構,反之,顯微結構<如顆粒尺寸!顆粒結構!顆粒邊界和相邊界>又影響硬涂層的力學性能和金屬切削性能。為了獲得滿意的切削能,刀具涂層與基體的粘結必須牢固；為了達到最大的金屬切除率,涂層的厚度必須是最優化的:太薄,在切削時保持的時間太短；太厚,它的作用就好象是整體的材料,失去了與基體組合的優越性[4]。刀具表面涂層的目的是延緩磨損,提高刀具壽命,因此研究刀具在切削過程中的磨損機理是刀具表面改性的前提條件。刀具磨損可概括為以下幾個方面[5][6]。1.1粘結磨損粘結是指刀具與工件材料接觸到原子間的距離時所產生的結合現象。它是在足夠大的壓力和溫度作用下,產生塑性變形而發生所謂的冷焊現象,是摩擦面塑性變形所形成的表面原子間吸附力所造成的結果。兩摩擦表面的粘結點因相對運動,晶粒或晶粒群受剪或受拉而被對方帶走是造成粘結磨損的原因。粘結磨損在兩材料的接觸面上,不論在軟材料一邊還是硬材料一邊,都可能發生。同時,刀具材料往往有組織不均!存在內應力!微裂紋以及空隙!局部軟點等缺陷,所以刀具表面也常常發生破裂而被工件材料帶走形成粘結磨損。1.2氧化磨損在高速切削過程中,當切削區的溫度比較高時,氣體介質靠相互間的化學作用力滲入刀具和工件材料的摩擦表面,于是摩擦表面形成的氧化膜也可能在接觸區形成裂紋和縮孔。如果氧化膜與刀具和工件表面的結合強度低,那么氧化膜就很快為摩擦所破壞,然后重新形成。這樣就建立了一個氧化膜不斷破壞又不斷重新生成的穩定的動態平衡過程。當氧化速度超過摩擦面所發生的其他過程速度時,刀具產生的磨損即為氧化磨損。1.3剝落與崩刃剝落和崩刃是指在刀具的前刀面上或后刀面上剝落一塊貝殼狀碎片,經常是連切削刃一起剝落。崩刃是指在切削刃上產生小的缺口。剝落與崩刃等實際上都是屬于刀具的脆性磨損,是一種非正常的磨損。性質較脆的刀具材料<如陶瓷刀具材料和硬質合金刀具材料>在大多數情況下都會產生這種現象。特別是在重型切削或有沖擊<如斷續切削>的情況時,崩刃和破碎更為常見。1.4擴散磨損擴散磨損是指刀具材料和工件材料在高溫下相互擴散而造成刀具的磨損。例如在很高的切削溫度下,硬質合金材料同被切削材料欽合金的接觸硬度比很大,這樣導致切削力顯著減小；但是在高的接觸溫度下,大的塑性變形使兩金屬接觸十分緊密,促進了刀具和被切削金屬間的固體互相溶解。擴散磨損常常伴有接觸表面層中成分的分解,工件材料和刀具材料成分之間的相互擴散。研究解決這些磨損機理,歸根到底就是要研究切削過程中刀具的應力分布和溫度分布情況,找出發生磨損的薄弱環節,通過先進的表面工程技術阻止或減緩以上磨損現象的發生,從而達到延長刀具壽命的目的。2國內外刀具涂層技術的現狀刀具涂層技術通常可分為化學氣相沉積<CVD>技術和物理氣相沉積<PVD>技術兩大類,分別評述如下[7]。2.1國外CVD技術的發展二十世紀六十年代以來,CVD技術被廣泛應用于硬質合金可轉位刀具的表面處理。由于CVD工藝氣相沉積所需金屬源的制備相對容易,可實現TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等單層及多元多層復合涂層的沉積,涂層與基體結合強度較高,薄膜厚度可達7-9Lm,因此到八十年代中后期,美國已有85%的硬質合金工具采用了表面涂層處理,其中CVD涂層占到99%；到九十年代中期,CVD涂層硬質合金刀片在涂層硬質合金刀具中仍占80%以上。盡管CVD涂層具有很好的耐磨性,但CVD工藝亦有其先天缺陷:一是工藝處理溫度高,易造成刀具材料抗彎強度下降；二是薄膜內部呈拉應力狀態,易導致刀具使用時產生微裂紋；三是CVD工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環境污染,與目前大力提倡的綠色制造觀念相抵觸,因此自九十年代中期以來,高溫CVD技術的發展和應用受到一定制約。MT-CVD涂層刀片適于在高速、高溫、大負荷、干式切削條件下使用,其壽命可比普通涂層刀片提高一倍左右。2.2國外PVD技術的發展PVD技術出現于二十世紀七十年代末,由于其工藝處理溫度可控制在500e以下,因此可作為最終處理工藝用于高速鋼類刀具的涂層。由于采用PVD工藝可大幅度提高高速鋼刀具的切削性能,所以該技術自八十年代以來得到了迅速推廣,至八十年代末,工業發達國家高速鋼復雜刀具的PVD涂層比例已超過60%。PVD技術在高速鋼刀具領域的成功應用引起了世界各國制造業的高度重視,人們在競相開發高性能、高可靠性涂層設備的同時,也對其應用領域的擴展尤其是在硬質合金、陶瓷類刀具中的應用進行了更加深入的研究。研究結果表明:與CVD工藝相比,PVD工藝處理溫度低,在600e以下時對刀具材料的抗彎強度無影響<試驗結果見表1>；薄膜內部應力狀態為壓應力,更適于對硬質合金精密復雜刀具的涂層；PVD工藝對環境無不利影響,符合現代色制造的發展方向。隨著高速切削加工時代的到來,高速鋼刀具應用比例逐漸下降、硬質合金刀具和陶瓷刀具應用比例上升已成必然趨勢,因此,工業發達國家自九十年代初就開始致力于硬質合金刀具PVD涂層技術的研究,至九十年代中期取得了突破性進展,PVD涂層技術已普遍應用于硬質合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理目前PVD技術不僅提高了薄膜與刀具基體材料的結合強度,涂層成分也由第一代的TiN發展為TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx等多元復合涂層。這種新涂層與基體結合強度高,涂層膜硬度接近CBN,抗氧化性能好,抗剝離性強,而且可顯著改善刀具表面粗糙度,有效控制精密刀具的刃口形狀及精度,2.3我國CVD技術的發展我國從二十世紀七十年代初開始研究CVD涂層技術,由于該項技術專用性較強,國內從事研究的單位并不多。八十年代中期,我國CVD刀具涂層技術的開發達到實用化水平,工藝技水平與當時的國際水平相當,但在隨后的十多年里發展較為緩慢<與國外研究狀況類似>；九十年代末期,我國開始MT-CVD技術的研發工作,MT-CVD工藝及裝備的研究開發預計可在20XX內基本完成,根據研究目標,工藝技術及設備將達到當前國際先進水平；我國PCVD技術研究始于九十年代初,PCVD工藝技術主要用于模具涂層,目前在切削刀具領域的應用還十分限。總體而言,國內CVD技術的總體發展水平與國際水平差距不大,待MT-CVD技術開發成功,我國在刀具CVD涂層領域的整體水平將可與國際先進水平基本保持同步。2.4我國PVD技術的發展我國PVD涂層技術的研發工作始于八十年代初期,至八十年代中期研制成功中小型空心陰極離子鍍膜機,并開發了高速鋼刀具TiN涂層工藝技術。在此期間,由于對切削刀具涂層市場前景看好,國內共有七家大型工具廠從國外引進了大型PVD涂層設備<均以高速鋼TiN涂層工藝為主>。技術及設備的引進調動了國內PVD技術的開發熱潮,許多科研單位和各大真空設備廠紛紛展開了大型離子鍍膜機的研制工作,并于九十年代初開發出多種PVD涂層設備。但由于多數設備性能指標不高,無法保證刀具涂層質量,同時預期的市場效益未能實現,因此大多數企業未對PVD刀具涂層技術作進一步深入研究,導致近十年國內PVD刀具涂層技術的發展徘徊不前。目前國外刀具PVD涂層技術已發展到第四代,而國內尚處于第二代水平,且仍以單層TiN涂層為主。3涂層材料的特點及要求3.1涂層材料的特點涂層的特點是涂層薄膜與刀具基體相結合,提高刀具的耐磨性而不降低基體的韌性,從而降低刀具與工件的摩擦因數,延長刀具的使用壽命。此外,由于涂層自身的熱傳導系數比刀具基體和加工材料低得多,可以有效減少摩擦所產生的熱量,形成熱屏蔽,改變熱量的散失途經,從而降低刀具與工件、刀具與切屑之間的熱沖擊和力沖擊,有效地改善了刀具的使用性能。刀具磨損機理研究表明,在高速切削時,刀刃溫度最高可達900e,此時刀具磨損不僅是機械摩擦磨損<刀具后面磨損的主要形式>,還有粘結磨損、擴散磨損、摩擦氧化磨損<刀具刀刃磨損及月牙洼磨損的主要形式>和疲勞破損,這5種磨損直接影響刀具的使用壽命。而刀具涂層所起的作用表現為:1>在刀具與被切削材料之間形成隔離層；2>通過抑制從切削區到刀片的熱傳導來降低熱沖擊；3>有效減少摩擦力及摩擦熱。刀具通過涂層處理,實現固體潤滑,減少摩擦和粘結,使刀具吸收熱量減少,從而可承受較高的切削溫度[8]。3.2涂層材料的要求刀具表面的硬質薄膜要求:1>硬度高,耐磨性能好；2>化學性能穩定,不與工件材料發生化學反應；3>耐熱耐氧化,摩擦因數低,與基體附著牢固等。單一涂層材料很難全部達到上述技術要求。例如,碳化鈦<TiC>是一種高硬度耐磨化合物,有著良好的抗摩擦磨損性能；氮化鈦<TiN>的硬度稍低,但卻有較高的化學穩定性,且能大大減少刀具與被加工工件之間的摩擦因數。但兩者的單一涂層均很難滿足高速切削對刀具涂層的綜合要求,故往往制成多元復合涂層,配制成較理想的刀具涂層材料。如:TiCN兼有TiC和TiN的綜合性能,其硬度高于TiC和TiN,可降低涂層的內應力,提高涂層的韌性,增加涂層的厚度,阻止裂紋的擴散,減少刀具崩刃,顯著提高了刀具的使用壽命。單一涂層向多元復合涂層的發展把不同的涂層材料所具有的優良特性結合起來,這些特性包括:由中間層提供高的熱穩定性,由最上層提供高硬度,或者由軟的或固態自潤滑層的最上層提供低的摩擦因數[9]。4刀具涂層技術綜述涂層成分能否在涂層刀具上發揮應有的性能,除了涂層與基體的結合強度、涂層及界面組織結構、擇優取向、各單層厚度及總厚度等決定涂層刀具性能的重要因素外,在很大程度上還取決于涂層工藝的技術水平,因為刀具材料表面的物理、化學、力學性能嚴重影響現代切削加工的順利進行。因此,涂層制備工藝至關重要。常用的刀具涂層工藝一般分為化學氣相沉積<CVD>、中溫化學氣相沉積<MTCVD>、物理氣相沉積<PVD>、離子輔助沉積技術<IBAD>、等離子增強化學氣相沉積技術<PECVD>以及溶膠-凝膠法<Sol-GelMethod>。4.1化學氣相沉積涂層化學氣相沉積涂層<CVD>是使揮發性化合物氣體發生分解或化學反應,并在被鍍工件上沉積成膜的方法。其基本原理是沉積物以原子、離子、分子等原子尺度的形態在材料表面沉積,形成金屬或化合物的涂層。這一涂層的沉積必須在一定的能量激活條件下進行,經過物料氣化,擴散到基體表面并在基體表面發生反應形成覆蓋層[10]。4.1.1高溫化學氣相沉積涂層的優點其所需涂層源的制備相對容易；2>可實現TiC、TiN、TiCN、TiB、Al2O3等單層及多元復合涂層；3>涂層與基體之間具有很高的結合強度,薄膜厚度可達7-9Lm；4>涂層具有良好的耐磨性能。4.1.2高溫化學氣相沉積涂層的缺點1>涂層是在1000e以上的溫度下沉積而成,由于涂覆溫度高,使涂層與基體之間容易產生一層脆性的脫碳層<G相>,導致刀具脆性破裂,抗彎強度大大下降；2>涂層內部為拉應力狀態,使用時容易產生微裂紋,影響刀具性能；3>CVD工藝在涂層過程中排放的廢氣、廢液會造成環境污染,與國家所提倡的綠色制造、綠色工業相左,從20世紀90年代中后期以來,高溫氣相沉積技術的發展和應用受到了一定的制約。目前,順應時代潮流,發展中低溫的化學氣相沉積涂層<MTCVD>,其機理與高溫化學氣相沉積涂層的機理相同,只是前者的涂層比后者的涂覆溫度低一些,僅為700-900e,趨于向低溫、高真空的方向發展。4.1.3中溫化學氣相沉積涂層優點1>沉積速度快；2>涂層厚且均勻；3>涂層附著力高；4>內部殘余應力小。采用MTCVD技術獲得的致密纖維狀結晶形態結構的涂層具有極高的耐磨性、抗熱震性及韌性,例如用MTCVD技術沉積TiCN,可得到較厚的細晶纖維狀結構,涂層厚度可達CVD技術涂層厚度的1.5倍,且為半粘結狀態,有效地改善了刀具在連續切削條件下的抗崩刃性。而且,MTCVD技術沉積形成的單相A-Al2O3顯微晶相結構,一改傳統氧化鋁涂層<A-Al2O3與C-Al2O3的混合相結構>表面不光滑、熱穩定性差的弊端,表面光滑,熱穩定性好,抗擴散磨損好。目前廣泛應用于各類硬質合金刀具。其涂層工藝的主要發展階段及應用領域。4.2物理氣相沉積涂層物理氣相沉積法<PVD>是通過氣相反應過程使蒸發或濺射出來的金屬原子發生氣相反應,從而在刀具表面沉積出所要求的化合物。其機理是在真空條件下,用物理的方法<蒸發或濺射等物理形式>將涂層材料汽化成原子、分子或電離成離子,通過氣相過程在硬質合金的表面沉積成涂層。4.2.1物理氣相沉積涂層步驟1>使涂層材料通過蒸發、升華和分解等成為涂層源材料的汽化過程；2>涂層材料中的原子、分子或離子遷移到硬質合金表面的遷移過程,這一過程伴隨著一系列復雜的變化過程,如原子、分子或離子之間可能發生碰撞產生離化、復合、反應以及能量和運動方向的改變；3>原子、分子或離子在硬質合金表面的吸附、堆集、形核和長大以至最終形成涂層。PVD涂層技術能制備氮化鈦、碳氮化鈦、鋁鈦氮化合物以及各種難熔金屬的碳化物和氮化物等涂層。4.2.2物理氣相沉積涂層優點涂層沉積溫度低,一般在600e以下,對刀具材料的抗彎強度影響很小；2>涂層內部的應力狀態是壓應力,更適應于硬質合金精密復雜刀具的涂層；3>對環境不造成污染,符合目前綠色工藝、綠色制造的發展動向；4>隨著納米涂層的出現,PVD涂層刀具質量顯著提高,不僅具有結合強度高、硬度高和抗氧化性能好等優點,還能有效地控制精密刀具刃口形狀及精度。雖然物理氣相沉積涂層具有以上優點4.2.3物理氣相沉積涂層缺陷1>涂層設備復雜、工藝要求高、涂層時間長,使得刀具的成本增加；2>生產的刀具抗沖擊性能、硬度和均勻性比CVD技術生產的刀具差,使用壽命也比CVD技術生產的刀具短；3>涂層的刀具幾何形狀單一,使用領域受限；4>易產生內應力和微裂紋[11][12]。4.3等離子體化學氣相沉積涂層由于CVD涂層技術與PVD涂層技術均有其不可克服的缺點,等離子體化學氣相沉積法<PECVD>應運而生,它是將CVD技術與PVD技術相結合所開發研制的一種新型低溫涂層藝PECVD技術的機理是通過電極放電產生高能電子使氣體電離成為等離子體,或者將高頻微波導入含碳化合物氣體產生高頻高能等離子體,由其中的活性碳原子基團在硬質合金的表面沉積涂層[17]。由于它直接利用等離子體來促進反應發生,4.3.1等離子體化學氣相沉積涂層優點1>可將涂覆溫度控制在600e以下<目前涂覆溫度已降至180-200e>；2>低的涂覆溫度使硬質合金基體與涂層材料之間不會發生擴散、相變或交換反應,從而基體保持了原有的強韌性。所涂刀具在加工普通鋼、合金鋼、銑削時顯示出比采用普XX學氣相沉積技術涂層的刀具具有更為優異的性能。此外,因其低溫工藝不影響焊接部位的刀具性能,還可用于涂覆焊接硬質合金刀具,大大提高了刀具使用壽命,顯示出了良好的使用性能。4.3.2等離子體化學氣相沉積涂層缺點1>設備投資大,成本高,對氣體的純度要求高；2>涂層過程中所產生的劇烈噪音、強光輻射、有害氣體、金屬蒸汽粉塵等對人體產生危害；3>對小孔徑內表面難以涂層等。這些問題還亟待解決。CVD涂層技術和PVD涂層技術各有優勢。PVD涂層技術工藝溫度低,不影響硬質合金刀具自身的強度且刀片刃部可磨得十分鋒利,也可進行除Al2O3外的多種涂層；CVD涂層技術使得涂層與基體具有更好的結合強度,且膜厚易于控制,一般車削刀片的CVD涂層性能要高于PVD涂層。因此2種涂層技術各顯其能,在刀具涂層市場中占有各自的份額。一般來說,大部分硬質合金刀具均采用CVD涂層技術,而價格昂貴不可重磨的高速鋼等鋼制刀具、精密鋒利的硬質合金精加工刀片和形狀復雜的硬質合金整體棒狀刀具均采用PVD涂層技術。總之,我們應該在了解其工藝原理及優缺點之后,將CVD工藝與PVD工藝相互比較,相互結合,取長補短,充分發揮各自優勢,互相利用,互相補充,尋找更為合適的涂層技術,使其在刀具應用上發揮最大的能力。4.4溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法<Sol-GelMethod>是材料濕法制備中新興的一種方法,是以金屬有機化合物<主要是金屬醇鹽>和部分無機鹽為前驅體,首先將前驅體溶解<水或者有機溶劑都可>形成均勻的溶液,接著溶質在溶劑中發生水解<或醇解>,水解產物縮合聚集成1nm左右的溶膠粒子,溶膠粒子進一