各種新型刀具涂層正在不斷流行，其特點(diǎn)是針對特定加工需求，采用多層涂層和新的涂層材料，使加工性能最優(yōu)化。

       位于紐約阿默斯特的表面工程涂層協(xié)會(huì)（SECA）主席、Teeter咨詢公司執(zhí)行董事Fred Teeter表示，“任何存在磨損的地方都可以考慮采用薄膜陶瓷涂層。”盡管涂層在耐磨零件（如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件）上的應(yīng)用在不斷增長，但涂層在切削刀具上的應(yīng)用仍然占了絕大部分。涂層的確也證明了自身的價(jià)值，根據(jù)SECA的統(tǒng)計(jì)，與非涂層刀具相比，涂層刀具的壽命可以提高2－10倍。最高工作溫度和硬度不斷提高的新涂層還在不斷涌現(xiàn)，涂層的一些特定性能（如耐磨性、韌性等）也在不斷改進(jìn)。

       幾十年前，氮化鈦（TiN）涂層曾經(jīng)是薄膜涂層的首選，雖然這種大家熟悉的金黃色涂層如今還被經(jīng)常使用，但各種新型涂層早已層出不窮。多層涂層的組合應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)性能的均衡化，這是單層涂層難以做到的。隨著新型薄膜涂層的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)在，許多工程師可能面臨的問題是可供選擇的涂層種類太多（而不是太少）。

       加拿大Eifeler涂層服務(wù)公司總經(jīng)理Mahesh Sukumaran指出，“在過去5－10年里，制備時(shí)間的縮短使涂層成本大幅降低。此外，使用多層涂層可以充分發(fā)揮不同涂層各自的優(yōu)勢，從而降低對潤滑劑的需求。”在評(píng)價(jià)刀具涂層的總體發(fā)展趨勢時(shí)，他解釋說，目前仍有許多用戶向他咨詢TiN涂層的情況，他們不清楚現(xiàn)在已有許多新的涂層可供選擇。Eifeler公司可以提供9種不同的PVD涂層產(chǎn)品（圖1），其中既有標(biāo)準(zhǔn)的TiN涂層，也包括ZrN、TiCN和AlTiSiN涂層。ExxtralPlus是最受歡迎的涂層之一，這是一種由AlTiN＋AlTiCrN組成的多層涂層，適合用于硬質(zhì)合金立銑刀，能以半干切削或干切削方式高速加工淬硬鋼。該涂層的耐熱閾值可達(dá)800℃，維氏硬度為HV3500±500。Sukumaran指出，涂層技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)是提高某些涂層的粘附性能以及進(jìn)一步減小涂層厚度。一般的涂層并不具有潤滑性，而我們的多層涂層集潤滑性與耐磨性于一身，可以減小刀具與工件之間的摩擦，從而能減少或取消潤滑液的使用，同時(shí)還能獲得更好的切屑流。

       刀具涂層一個(gè)值得注意的發(fā)展趨勢是其應(yīng)用正變得日趨專用化。涂層和表面技術(shù)供應(yīng)商歐瑞康巴爾查斯（Oerlikon Balzers）公司經(jīng)理Christopher Halter也注意到了這一點(diǎn)。該公司目前可以提供24種不同的涂層產(chǎn)品，其中的Balinit Alcrona是一種AlCrN涂層，是該公司開發(fā)的最后一個(gè)通用型涂層牌號(hào)。Halter指出，多種新的專用型涂層（如用于銑削加工硬度超過HRC50的淬硬工具鋼的Balinit Aldura涂層）代表了未來的發(fā)展趨勢。另一種AlCr基涂層Balinit Helica則是為麻花鉆專門設(shè)計(jì)的。Balinit Aldura牌號(hào)是在起支承作用的TiAlN涂層上再沉積一層AlCrN基功能涂層。TiAlN層可以確保良好的粘附性和機(jī)械強(qiáng)度，而AlCrN層可以提供優(yōu)異的熱硬性和抗氧化性能（高達(dá)1100℃），并將刀具與切削熱隔離開來。

       歐瑞康巴爾查斯公司已經(jīng)開發(fā)出一種將會(huì)引起刀具工程師極大興趣的涂層新技術(shù)——P3e（脈沖增強(qiáng)電子發(fā)射技術(shù)）。

       利用該技術(shù)，第一次可以用PVD工藝制備出具有高硬度以及良好熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的Al2O3基涂層，由于沉積溫度低于600℃，采用細(xì)顆粒硬質(zhì)合金基體的刀具也能進(jìn)行涂層且不會(huì)變形。P3e技術(shù)首次應(yīng)用于歐瑞康巴爾查斯公司的“X3turn”涂層牌號(hào)上，該涂層用于車削加工時(shí)獲得了很好的試驗(yàn)結(jié)果。在干切削條件下，X3turn的性能與常規(guī)的CVD涂層刀片牌號(hào)不相上下。在斷續(xù)切削和使用冷卻液的加工中使用該涂層也可以獲得非常不錯(cuò)的效果。現(xiàn)在，所有的細(xì)顆粒和超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金基體都可以在低于600℃的沉積溫度下涂覆α-Al2O3基涂層，且沉積工藝的熱力學(xué)性能非常穩(wěn)定，不會(huì)使刀具發(fā)生變形。Halter期望，新的P3e技術(shù)能開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，并提高使用車削和銑削刀片用戶的生產(chǎn)率。

       瑞士Platit公司是一家向刀具企業(yè)出售涂層設(shè)備的公司，在涂層技術(shù)方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。Platit公司開發(fā)和生產(chǎn)的PVD涂層設(shè)備采用了多項(xiàng)專利技術(shù)，不僅可進(jìn)行常規(guī)涂層、納米涂層和梯度涂層，而且還可用于納米復(fù)合涂層。納米涂層實(shí)際上只是一種更薄的多層涂層，其每層的厚度還不到20nm，涂層的硬度取決于交替涂覆的涂層總厚度，涂層的層數(shù)可達(dá)數(shù)百層。

       納米復(fù)合涂層是由典型涂層（如TiAlN）嵌入Si3N4非晶態(tài)基體所構(gòu)成的，所形成的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)可以改善涂層的硬度和潤滑性能，并提高涂層的最高工作溫度。Platit公司還生產(chǎn)擁有專利的三層涂層，它由一層粘結(jié)層、一層中間層（單一結(jié)構(gòu)或梯度結(jié)構(gòu)）和一層納米復(fù)合頂層所組成，具有卓越的抗摩擦性能和韌性。例如，nACo3三層涂層是以TiN為底層，AlTiN為中間層，nACo納米復(fù)合涂層為頂層。而nACo本身就是TiAlN嵌入Si3N4M非晶基體所構(gòu)成的納米復(fù)合涂層。根據(jù)Platit公司提供的數(shù)據(jù)，該涂層硬度高達(dá)38–45GPa，最高工作溫度達(dá)到1200°C。

       該公司的涂層設(shè)備采用傳統(tǒng)的磁控陰極電弧原理（ARC）以及側(cè)面旋轉(zhuǎn)陰極（LARC）和中心旋轉(zhuǎn)陰極（CERC）專利技術(shù)。該公司可供應(yīng)29種不同的涂層，涂層設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置可涂覆三種“基礎(chǔ)”涂層（即TiN、TiCN和TiAlN）。該公司稱，這三種涂層目前占到世界涂層市場的80%以上。該公司提供的其它涂層是為一些特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，包括17種可選涂層、6種納米涂層和3種專用的三層涂層。

       Niagara Cutter公司總裁兼首席執(zhí)行官Sherwood Bollier指出，刀具設(shè)計(jì)的三大技術(shù)包括基體材料、涂層和刀具幾何形狀。他認(rèn)為，盡管新的涂層可以改善刀具性能，但如果沒有對整個(gè)刀具進(jìn)行優(yōu)化，就不一定能達(dá)到改善刀具性能目的。

       Bollier指出，“獲得一種具有新的顏色、較高的硬度和最高工作溫度的新涂層是比較容易的，然而真正重要的是刀具的性能。對于新的涂層，我們通過檢測刀具性能并根據(jù)加工需要進(jìn)行調(diào)整。我們發(fā)現(xiàn)，一旦為某種刀具材料和切削刃形選定涂層后，刀具刃口的制備非常重要。”Niagara刀具公司專攻圓形刀具（如立銑刀）以及（通過其微型立銑刀分公司）用于加工醫(yī)療和電子器件的微型立銑刀。適當(dāng)?shù)娜锌谥苽淙Q于所用的涂層和所切削的材料，切削鋁材效果很好的切削刃可能在切削鑄鐵時(shí)表現(xiàn)不佳。他還認(rèn)為，涂后的二次處理（如涂層拋光）與正確的刀具設(shè)計(jì)和刃口制備同樣重要。

       Bollier解釋說，“盡管涂層使切削刃保持鋒利，但刃口可能過于鋒利。

       未涂層的切削刃在最初的少量切削后會(huì)有微小磨損，有利于‘穩(wěn)定’刀具和消除振顫，采用正確的切削刃制備方法對刀具進(jìn)行預(yù)處理，就是模擬未涂層刀具在初次切削時(shí)的‘穩(wěn)定’過程。”

       Bollier表示，“我們有幾種性能非常不錯(cuò)的新涂層，但它們適用于特定的加工。”例如，巴爾查斯公司推薦的一種稱為Alcrona的AlCrN新涂層已被證明適用于齒輪滾刀，似乎很自然地也可以推廣應(yīng)用于立銑刀。“我們必須努力工作，使Alcrona涂層為我所用。它確實(shí)適合用于刀具的刃口制備。一旦我們進(jìn)行了足夠的試驗(yàn)和檢測，我們就可將Alcrona涂層擴(kuò)展應(yīng)用于我們的加工中。”Niagara公司宣稱，在一個(gè)特定的切削試驗(yàn)中，在切削速度和進(jìn)給量提高35%的情況下，該涂層可使用戶的刀具壽命提高一倍。Alcrona涂層銑刀的切削刃經(jīng)過150次往復(fù)切削（在牧野S58銑床上銑削硬度HRC30的4340材料，切削速度1100fpm，進(jìn)給量176ipm），基本未產(chǎn)生積屑瘤。

       山特維克可樂滿（Sandvik Coromant）公司擁有一支分布廣泛的涂層工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)。雖然該公司可將其刀具涂層工作外包，但它認(rèn)為，自身擁有涂層技術(shù)和能力非常重要。山特維克公司負(fù)責(zé)管理刀具牌號(hào)的全球經(jīng)理MargaretaPalsson認(rèn)為，一個(gè)完整的切削解決方案來源于涂層與合適的基體、幾何形狀和刃口制備的合理匹配。她說，“每一種加工的要求都有細(xì)微的差別，而這種差別可以轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)率的顯著不同。我們致力于細(xì)致地調(diào)整生產(chǎn)工藝，以滿足這些加工要求。”

       山特維克每年要開發(fā)6－8種新的刀具牌號(hào)，一部分是為新的加工需求所開發(fā)，另一些是對已有涂層的改進(jìn)。該公司認(rèn)為，在為刀具匹配涂層時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行全面的切削試驗(yàn)，為此，該公司每年要對25000個(gè)切削刃進(jìn)行切削試驗(yàn)，產(chǎn)生的切屑重達(dá)45噸。

       例如，今年山特維克推出了用于鋼件車削的GC4205牌號(hào)，該牌號(hào)采用TiCN/Al203中溫CVD涂層，設(shè)計(jì)用于在切削刃溫度高達(dá)1200℃以上的條件下，以很高的金屬切除率穩(wěn)定地加工鋼件。

       由于需要在數(shù)百種切削刀片中進(jìn)行選擇，山特維克可樂滿認(rèn)識(shí)到過多的信息使用戶負(fù)擔(dān)過重的問題，為此，山特維克采用了一種稱為CoroKey的方式，可使工程師基于其特定的需求，減少選擇刀具的工作量。用戶選定工件材料種類、加工類型、加工條件和切削數(shù)據(jù)后，CoroKey就可以幫助他們選擇適用的切削刀片。雖然涂層對于每把刀具都是很重要的要素，CoroKey通過使工件材料和加工方式與推薦的切削深度、進(jìn)給量和切削速度相互匹配，幫助工程師選擇正確的刀具。

       Palsson確信，未來的加工將需要大量的刀具性能研究，包括為新的航空航天鈦合金、復(fù)合材料、粉末冶金材料以及用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的蠕墨鑄鐵的加工開發(fā)刀具及其涂層。“在這些加工中，原子結(jié)構(gòu)、金屬比例、表面光潔度、切削刃制備以及晶體排列方向的細(xì)微差別都將造成生產(chǎn)能力的很大不同。”Palsso說。

       山高刀具公司（Seco Tools）車削產(chǎn)品經(jīng)理Don Graham表示，為了開發(fā)名為Dur Atomic的新工藝和新涂層，山高刀具正對涂層的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。通過使CVD－Al2O3涂層的晶體定向傾斜，可使涂層在切削時(shí)硬度更高、韌性更好。

       他解釋說，“我們在原子尺度上進(jìn)行晶體定向，既增加了切削刀片的韌性，也增加了其耐磨性，而這二者通常是相互對立的。使每個(gè)晶粒傾斜哪怕很小的角度，也能充分增強(qiáng)其韌性。DurAtomic涂層采用TiCN作為底層，新的Al2O3作為頂層。較早推出的牌號(hào)（如Seco的TP000系列）采用了附加的TiN作為頂層，而現(xiàn)在已不再需要，因?yàn)锳l2O3已具有足夠的強(qiáng)度和表面光潔度。

       TP2500是山高利用Dur Atomic技術(shù)開發(fā)的第一個(gè)用于車削加工的涂層牌號(hào)，在廣泛用于各種鋼件加工時(shí)，可提供更好的耐磨性和韌性。此外，TP2500還可以優(yōu)化不銹鋼和鑄鐵的加工，有效地加工從K10到M40的材料。通過80多項(xiàng)現(xiàn)場切削試驗(yàn)，證明TP2500適用于各種材料的粗加工、表面加工和精加工。現(xiàn)場試驗(yàn)表明，采用TP2500涂層還可以減少切削刃積屑瘤，與通常采用的涂層刀具相比，TP2500可提高生產(chǎn)效率25%，延長刀具壽命40%。同時(shí)，測得的涂層硬度提高了11%，新的TP2500涂層還可使刀具溫度降低3%－4%。

       伊斯卡公司（IscarMetals Inc.）為其精密硬質(zhì)合金刀具（包括銑削刀具、孔加工刀具、車削刀具和切斷刀具）開發(fā)了一種新的SumoTec涂層技術(shù)（既可用于CVD也可用于PVD），SumoTec涂層技術(shù)是建立在該公司原有的ALTecPVD和Alpha-TecCVD涂層技術(shù)的基礎(chǔ)之上。伊斯卡公司全國培訓(xùn)主管Mike Gadzinski說，“刀具最常見的失效機(jī)理是崩刃，因此我們特別采用了三層涂層：TiCN作為底層、Al2O3或AlTiN作為中間層，TiN薄膜作為頂層。TiCN可改善刀具耐磨性以防止崩刃，中間層則提供了熱屏障。為了改進(jìn)這種基礎(chǔ)涂層，伊斯卡采用了專有的后處理工藝，以產(chǎn)生既耐熱又抗崩刃的光滑表面。在針對較早產(chǎn)品的切削試驗(yàn)中，刀具壽命都有15%－80%的提高。”