涂層作為一個化學屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應(yīng)，從而減少了月牙洼磨損。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦系數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性，切削時可比未涂層刀具提高使用壽命3-5倍以上，提高切削速度20%-70%，提高加工精度0.5-1級，降低刀具消耗費用20%-50%。因此，涂層刀具已成為現(xiàn)代切削刀具的標志。在工業(yè)發(fā)達國家涂層刀具使用比例已超過70%，美國在數(shù)控機床（nc）和加工中心（mc）上使用的刀具80%-85%都是涂層刀具。目前，切削加工中使用的各種刀具，包括車刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀、插齒刀和剃齒刀等都可采用涂層工藝來提高它們的使用性能。
涂層刀具由于表層硬度高，用普通砂輪刃磨時磨削比小，重磨困難，不少操作者就把它作為不重磨刀具而丟棄，造成*的浪費。文中介紹了涂層刀具的重磨和重涂方法。
涂層刀具是在強度和韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼（hss）基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層或多層、甚至多達千層以上耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物，如tic、tin、ticn、tialn、al2o3、c3n4、mos2、dlc及金剛石等材料。可涂單一的涂層，也可涂復(fù)合和多元涂層。日本住友電工公司推出的一款高速強力型鉆頭，它是在鎢鈷類硬質(zhì)合金基體上交互涂覆了1000層tin和aln納米超薄膜薄層，涂層總厚度約2.5μm。該公司開發(fā)出的zx涂層立銑刀，超薄膜薄層數(shù)多達2,000層，每層厚度約1納米，從而解決了刀具材料的硬度和耐磨性越高而強度和韌性越低的矛盾。
現(xiàn)在，中國大陸湖南株洲硬質(zhì)合金集團公司已能提供yb系列、cn系列及ca系列的各種涂層刀具的產(chǎn)品。四川自貢硬質(zhì)合金廠、上海工具廠有限公司以及愛恩邦德（ionbond）（蘇州）和勝培爾*鍍膜（蘇州）有限公司等企業(yè)均能向用戶提供各種涂層刀具或涂層刀片的產(chǎn)品。
必須指出的是，涂層刀具目前在使用中存在一個誤區(qū)，由于其表面硬度高，當?shù)毒吣p或涂層剝落時，因用普通砂輪刃磨時磨削比小，重磨困難，不少操作者就把它作為不重磨刀具而丟棄，造成*的浪費。涂層刀具磨損后必須進行重磨。涂層刀具重磨時，需將刀具上的磨損部分全部磨掉。對于只需重磨前刀面的刀具（如拉刀、成形車刀、成形銑刀、齒輪滾刀和插齒刀等）或只需重磨后刀面的刀具（如鉆頭和鉸刀等），若在其毗連切削刃的另一個刀面（如鉆頭的螺旋出屑槽）上的涂層未受損傷，刀具耐磨性即可提高。重新刃磨后的涂層刀具，其刀具使用壽命可達原來新涂層刀具壽命50%左右或更長，仍比未涂層刀具的壽命要高。
刃磨涂層硬質(zhì)合金刀具所用的砂輪，可采用金剛石砂輪。但刃磨涂層高速鋼刀具時，用立方氮化硼砂輪磨削有較好的效果。刀具的磨損處應(yīng)全部磨去，涂層不能剝落，但又不能使刀具退火。
使用涂層刀具的一個重要問題是重磨后刀具切削性能恢復(fù)的問題，即刀具每次刃磨（開口）后可否再進行重復(fù)涂層（重涂）的問題。表1中列出了涂層高速鋼齒輪滾刀和插齒刀，重磨前刀面后再進行重涂后的刀具耐磨性試驗結(jié)果。
表1無涂層與涂層及重復(fù)涂層齒輪滾刀和插齒刀的加工齒輪數(shù)
從上表可見，經(jīng)涂層及重復(fù)涂層后的齒輪滾刀和插齒刀的使用壽命有明顯提高。實際試驗表明，在上述齒輪滾刀和插齒刀的重復(fù)涂層面上，膜層厚度沒有明顯增加，而用多次重涂后的刀具加工出的齒輪仍能達到圖樣上規(guī)定的精度要求。齒輪滾刀經(jīng)過17次重復(fù)涂層后，刀齒后刀面涂層膜的累積總厚度仍只有5-6μm，而且涂層膜在刀具表面上是均勻的，新涂上去的膜層與原涂層形成冶金結(jié)合，兩者沒有可辨別的界層，也無明顯的空穴。重復(fù)涂層對其它刀具如麻花鉆、鉸刀和立銑刀等也同樣有效。
涂層刀具重涂時，除可使用原涂層材料外，也可采用新的涂層材料。實際使用表明，tin涂層刀具重涂時若采用tialn新的涂層材料，無論是切削速度或者是刀具使用壽命均將有明顯提高。此外，涂層刀具的使用壽命與膜層厚度也有一定的關(guān)系。若以后刀面磨損為基準，隨著膜層厚度的增加刀具壽命也會增加，但膜厚為5μm時達到飽和，即壽命不再明顯增加。如果以前刀面月牙洼深度為刀具壽命的基準，刀具壽命與膜層厚度成正比，未發(fā)現(xiàn)飽和現(xiàn)象。但膜層太厚時易引起剝落，因而現(xiàn)在刀具的涂層厚度一般不超過5-10μm。
對于重磨的成形刀具，也只有進行重涂，才能保證刀具的總壽命提高3-5倍以上。凡重涂刀具首先必須按工藝要求將各幾何參數(shù)磨好，其磨光部分不允許存在各種質(zhì)量缺陷，如磨糊、毛刺等。重涂時可采用局部屏蔽技術(shù)只對刃磨面進行涂層。對于不采用屏蔽技術(shù)的重涂，在重涂4-6次后，刀具的非刃磨面的涂層厚度就會過大，從而影響刀具的精度和產(chǎn)生局部剝落現(xiàn)象，此時要對刀具進行脫膜處理后再重涂。重涂后的刀具切削性能一般不低于*次新涂層刀具，刀具可重涂多次，直到報廢為止。
從上可知，重涂對提高刀具耐磨性和生產(chǎn)率是有很大潛力的。通常，硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠一般都能進行重涂。目前中國大陸還有專門的涂層公司開展此項業(yè)務(wù)，例如中瑞合資的上海納微涂層有限公司，這是一個大型涂層服務(wù)中心，專門開展刀具的涂層、重磨及重涂服務(wù)，該公司引進了4套涂層設(shè)備，可涂覆s-altin（超級氮鈦化鋁）、s-tin（超級氮化鈦）、ticn、dlc、crn等多種涂層。但涂層刀具重磨后是否要重涂，還要看該刀具在技術(shù)上可否重涂和在經(jīng)濟上是否合算而定。
企業(yè)談涂層與刀具
就刀具而言，涂層技術(shù)、超硬材料、cad/cam軟件等方面都取得了重大突破，尤其是涂層技術(shù)的發(fā)展非常迅速。那么，刀具企業(yè)與涂層企業(yè)在這方面都做了怎樣的努力呢？
伊斯卡：直指“快速金屬切削”
提升刀具性能，zui基礎(chǔ)的研發(fā)方向指向提升刀具材料。這涉及到基體及涂層兩個方面。
硬質(zhì)合金基體，有一個基本特性，即韌性越高，則耐磨性越低；反之亦然。因此，當進行斷續(xù)切削時，如銑削、非連續(xù)車削時，可選擇韌性高的基體；當進行連續(xù)精車時，則需選擇耐磨性高的基體。
而超細晶粒牌號的開發(fā)，打破了基體的常規(guī)規(guī)律。超細晶粒牌號，兼具高耐磨性及高韌性。這就為實現(xiàn)刀片及刀具的通用性打開了一個通道。伊斯卡推出的ic07、ic08超細晶粒硬質(zhì)合金基體，即為通用型硬質(zhì)合金基體的*，兼具高的耐磨性及高的韌性。特別是經(jīng)涂層處理后的ic908，憑借基體與涂層的結(jié)合，可通用于鋼、淬硬鋼、不銹鋼、高溫合金、鑄鐵的鉆削、切槽切斷、銑削。ic908面市多年，因其在加工中的出色表現(xiàn)，深得眾多用戶的信賴。
這些年，伊斯卡在涂層技術(shù)上也取得了長足的發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、中溫化學氣相涂層（mt-cvd）。采用中溫化學氣相涂層（mt-cvd，沉積溫度700-900℃）所制取的ti（c，n），與采用高溫化學氣相涂層（ht-cvd，沉積溫度900-1,100℃）所制取的ti（c，n）相比，前者的涂層組織結(jié)構(gòu)致密，厚度可達10μm以上，并呈柱狀結(jié)晶，且涂層后，刀具表面殘損的應(yīng)力也更小。這種硬質(zhì)合金涂層處理具有更高的抗磨損性能、抗熱震性能和較高的韌性。當應(yīng)用于惡劣條件下的高速重切削、干切削加工時，刀具壽命有顯著提高。伊斯卡在ic8150-ic8350、ic9150-ic9350等p類牌號，ic5005、ic5010、ic5100等k類牌號中，均采用了中溫化學氣相涂層技術(shù)。
2、硬質(zhì)合金α-al2o3涂層技術(shù)。沉積al2o3涂層時，隨著沉積溫度的不同，al2o3會呈現(xiàn)不同的結(jié)晶相，如：γ、δ、α、κ-al2o3等。其中，只有α-al2o3是熱力學穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。因工藝條件的變化，往往得到α相、κ相al2o3的混合物，這降低了涂層的性能。而伊斯卡現(xiàn)在已能通過嚴格控制工藝參數(shù)，得到純正的α-al2o3，并控制其晶體生長方向，呈柱形組織；并將此技術(shù)命名為α-tec。伊斯卡也將α-tec技術(shù)，應(yīng)用到了ic8150-ic8350，ic5400等p類牌號，ic5005、ic5100、ic5010等k類牌號。
3、采用復(fù)合涂層（do-tec）。該技術(shù)為基于中溫化學氣相涂層（mtcvd）表面進行pvd涂層。伊斯卡的dt7150牌號采用了此技術(shù)，ticn為底層，al2o3為中間層，tin為過渡層，均采用中溫化學氣相涂層技術(shù)；tialn為頂層，采用pvd涂層技術(shù)。此牌號在灰鑄鐵、球墨鑄鐵的中-高速銑削加工中，表現(xiàn)出色。
4、采用tialn（pvd）涂層或altin（pvd）涂層。tialn呈紫黑色，硬度為35gpa，摩擦系數(shù)為0.4-0.6，zui高使用溫度為800℃，可用于加工難加工材料，干切削、硬切削。伊斯卡的ic908、ic907、ic808、ic830、ic928、ic950采用了此涂層。
而altin呈黑色，硬度為38gpa，摩擦系數(shù)為0.5-0.7，zui高使用溫度為900℃，性能優(yōu)于tialn涂層。伊斯卡的ic900、ic903、ic810、ic910采用了此涂層。
束魔涂層技術(shù)（sumo-tec），可使得涂層表面更光滑，刀片涂層表面應(yīng)力更低
5、采用束魔涂層技術(shù)（sumo-tec）。束魔技術(shù)應(yīng)用于化學涂層時，通過特別的過程控制，有效降低了cvd涂層表面的應(yīng)力，減少了熱裂紋，從而延長了刀具壽命。如ic8150，超硬基體表面的富鈷層上，采用中溫化學氣相涂層（mtcvd）技術(shù)，在ticn底層上，涂覆厚的al2o3涂層作為中間層，tin作為頂層。ticn可改善刀具耐磨性以防止崩刃，al2o3則具有優(yōu)異的耐高溫、抗氧化性，tin具有高硬度、耐磨損性。通過對刀片前刀面涂層后處理，引發(fā)表面壓應(yīng)力，有助于抑制裂紋的產(chǎn)生。涂層表面也更光滑，與切屑的摩擦減少，切削熱降低。束魔技術(shù)應(yīng)用于物理涂層時，通過處理沉積在刀片涂層表面的液滴，形成光滑的涂層表面，使得刀具壽命得以延長。
束魔涂層技術(shù)，可使得涂層表面更光滑，刀片涂層表面應(yīng)力更低。這一切，使得切削區(qū)域溫度更低，抗崩刃性及抗積屑瘤性更佳，結(jié)合相適的硬質(zhì)合金基體，在加工絕大多數(shù)被加工材料時均能獲得更可靠持久的刀具壽命。
藍幟：帶納米球涂層的新一代滾刀
使用納米球涂層刀具壽命比單層涂層刀具壽命延長30%
針對齒輪加工工序的特點和技術(shù)要求，藍幟公司的刀具專家研發(fā)了新的涂層技術(shù)——納米球。由納米層構(gòu)成且只有3-4μm薄薄的多層結(jié)構(gòu)，雖然硬度很高，但是具有顯微彈性，能有效地保護用戶的刀具在加工過程中免于磨損。創(chuàng)新的涂層技術(shù)不僅能夠使用戶得到更高的切削速度，而且縮短了節(jié)拍時間，有效地提高了生產(chǎn)效率。同時，還可延長刀具使用壽命高達30%，使用戶的刀具成本降低了25%。
在齒輪加工過程中，滾刀承受著*的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，而干切削的發(fā)展趨勢更增加了刀具在切削過程中必須承受的熱應(yīng)力。此外，加工中斷的地方對滾刀的切削刃會產(chǎn)生極為危險的負荷。針對這些問題，新開發(fā)的納米球涂層為其提供了有效的解決方案，同時使刀具的加工性能明顯提高。藍幟的納米球使菲特滾刀的刀具壽命比帶傳統(tǒng)氮化物涂層的刀具壽命延長了30%，而且切削速度更高，更有效縮短了生產(chǎn)節(jié)拍時間。
創(chuàng)新的納米球涂層的關(guān)鍵優(yōu)勢在于其多層性、納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計，這大大提高了刀具的隔熱性，意味著基體需要較長的時間才能升溫。同時，納米球涂層的多層結(jié)構(gòu)使它比單層涂層更具有彈性。當基體失去了穩(wěn)定性并在壓力下屈服時，位于其上面的柔性多層涂層也會受磨損。如果納米球涂層中出現(xiàn)裂紋，其擴展會被重新定向，并被多層結(jié)構(gòu)所減緩。
為了保證刀具的高品質(zhì)，藍幟保證帶納米球涂層的菲特滾刀通過所有的重新調(diào)試周期將能夠繼續(xù)以與新刀具一樣的標準工作。刀具在藍幟服務(wù)中心原來的磨床和涂層設(shè)備上進行重新調(diào)試（翻新），這個過程保證了產(chǎn)品一貫的高品質(zhì)和的過程安全性。
綜上所述，帶納米球涂層的滾刀適合干、濕加工，同時，在氮化鋁鉻基上的納米結(jié)構(gòu)的多層涂層特別適合整體硬質(zhì)合金滾刀；多層設(shè)計（三明治結(jié)構(gòu)）保證了刀具*的機械性能和熱性能：在點負荷時具有高彈性和吸收能力（可抑制并將裂紋擴展降到zui低程度），涂層內(nèi)低內(nèi)應(yīng)力，提高了隔熱效果，即在滾削過程中所產(chǎn)生的高溫需要較長的時間才能使鋼制刀具變熱；與傳統(tǒng)的單層滾刀相比，藍幟公司納米球涂層刀具的使用壽命延長了至少30%；納米球涂層刀具具有更高的生產(chǎn)效率。
山特維克可樂滿：不斷改進化學涂層技術(shù)
作為用于生產(chǎn)涂層以提升切削刀具性能的關(guān)鍵技術(shù)，化學涂層（cvd）可以說是促進刀具涂層與工藝的不斷演進并大大提高刀具生產(chǎn)效率的重大功臣。
山特維克可樂滿涉足化學涂層的歷史可追溯到zui初推出涂層刀片牌號的1969年。這種gc125牌號只帶有幾微米厚的碳化鈦涂層，但卻提高了切削速度并延長了刀具壽命。
刀片可能會有多個不同的化學涂層，各個涂層功能不一。
化學涂層是一種用途極廣的技術(shù)，可用于生產(chǎn)厚薄不一的碳氮化鈦、氧化鋁及金剛石等耐磨硬質(zhì)涂層，以及半導(dǎo)體產(chǎn)品等。它是另一項使用廣泛的刀具涂層技術(shù)——物理涂層（pvd）的輔助技術(shù)。化學涂層可在刀具刀片上形成厚厚的氧化鋁（al2o3）、碳化鈦（tic）、碳氮化鈦（ticn）以及氮化鈦（tin）涂層（5-25微米），從而提供*的耐磨性，同時適合在有大量磨料磨損的情況下使用。相比之下，物理涂層工藝產(chǎn)生的較薄涂層具有高壓縮應(yīng)力，因而更適合于強調(diào)韌度的切削應(yīng)用場合。
化學涂層技術(shù)在不斷改進和完善?；瘜W涂層得以發(fā)展的一個原因是，它讓工程師們能夠?qū)γ總€涂層進行優(yōu)化，而且如今它仍是*可沉積α-al2o3結(jié)晶層的涂層工藝。
的涂層硬質(zhì)合金刀片有多達10層涂層，每個涂層的功能都不一樣。在多涂層牌號中，外面一層薄薄的氮化鈦用于磨損標示，在其下面通常是提供耐化學性及耐磨性的氧化鋁層，再下面就是幾層韌性碳氮化物及氮化物層，可提供高度的后刀面耐磨性。刀片基體由硬質(zhì)合金底面和鈷粘結(jié)劑相位組成，而在靠近涂層的區(qū)域，一些硬質(zhì)合金取代物上的基體已被去掉，以提升抗邊緣斷裂能力。
左為標準涂層-標準ticn/al2o3涂層的前刀面月牙洼磨損，右圖為改良ticn/al2o3涂層的前刀面月牙洼磨損。球軸承鋼切削測試中的磨損結(jié)果。標準涂層與改良涂層比較，可見右邊切削刀片上白色區(qū)域要淺薄得多，表明磨損更少。
（左）gc4225cvd涂層硬質(zhì)合金適合廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域；（右）gc2015cvd涂層硬質(zhì)合金適合不銹鋼精加工和粗加工，并提供化學保護。
山特維克可樂滿zui早采用精密化學涂層技術(shù)的一種牌號是用于鑄鐵銑削的gc3020。它于1994年推出，運用中等溫度化學涂層（mtcvd）——內(nèi)層采用碳氮化鈦（ticn），上面是*的氧化鋁（al2o3），從而實現(xiàn)的耐磨性及涂層附著力。用于不銹鋼切削的gc2025牌號是代表當今技術(shù)的一個例子。
在實際操作中，化學涂層涉及一系列工藝流程，包括利用氣相來沉積固體材料。以zui簡單的形式為例，化學涂層系統(tǒng)主要由加熱反應(yīng)室（將需要涂層的刀片放在托架上）、氣體輸送系統(tǒng)，以及真空泵系統(tǒng)組成。這個泵是用來保持反應(yīng)器內(nèi)低壓，以及清除各種多余及附帶產(chǎn)生的氣體。
在預(yù)熱溫度下，將氯化鋁、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮氣和四氯化鈦等氣體輸入反應(yīng)室。
當它們經(jīng)過刀片的受熱表面時，就會發(fā)生反應(yīng)并形成固體涂層。氣流、氣壓及反應(yīng)溫度等過程參數(shù)極為關(guān)鍵。沉積氧化鋁需要使用1,0000c左右的溫度，而碳氮化鈦在800至950攝氏度的范圍內(nèi)可取得*效果。一次化學涂層過程可能長達24小時。
化學涂層（cvd）很可能在未來仍保持重要地位。它對刀具性能產(chǎn)生過重大影響，以致現(xiàn)今超過80%的刀片牌號均采用涂層技術(shù)。山特維克可樂滿目前提供的涂層牌號中有近70%用到化學涂層。
歐瑞康巴爾查斯：balinit®pertura為所有鉆削應(yīng)用提供解決方案
2011年歐瑞康巴爾查斯涂層公司針對孔加工市場又推出了一款新的涂層——balinit®pertura，適合于所有高性能硬質(zhì)合金鉆頭的全面解決方案。
采用balinit®pertura的鉆頭加工數(shù)量達到了3,800孔，遠高于其他兩款涂層鉆頭。
采用peertura涂層來提高生產(chǎn)效率85%
作為目前的balinit®futura和helica鉆頭涂層技術(shù)的新一代改良，balinit®perturazui關(guān)鍵的優(yōu)勢是其納米結(jié)構(gòu)。在加工難加工材料時能夠提高生產(chǎn)率和工藝可靠性。這一新型涂層由于其設(shè)計、結(jié)構(gòu)和光滑度脫穎而出。為納米結(jié)構(gòu)層提供了*的殘余應(yīng)力、硬度和斷裂韌性之間的平衡，明顯增加耐磨性，抑制裂紋擴散。此外，更高的紅硬性顯著增強對磨損的保護，大大延長了不同鉆頭的服務(wù)壽命。由于減少了粘附的敏感性，即使在深孔加工時也能促進排屑，光滑的涂層表面對于加工具有挑戰(zhàn)性的材料時也很。
下圖是直徑8.5mm的鉆頭鉆削球墨鑄鐵ggg60的案例，切削參數(shù)為：線速度90m/min，進給0.22mm/r，孔深為43mm的通孔，乳化液冷卻，當鉆頭磨損量達到0.3mm時，采用巴爾查斯原有的兩款涂層的鉆頭加工數(shù)量分別為2,300和2,750孔，采用balinit®pertura的鉆頭加工數(shù)量達到了3,800孔，大大延長了使用壽命。
由于balinit®pertura的納米多層結(jié)構(gòu)和*的紅硬性，采用這個涂層的鉆頭可以選擇更高的切削速度，以提高生產(chǎn)效率。下圖是采用peertura涂層來提高生產(chǎn)效率的一個案例。直徑8.5毫米的硬質(zhì)合金鉆頭，加工42crmo4，43mm長的通孔，乳化液冷卻，采用巴爾查斯原有的一款針對孔加工的涂層，鉆削線速度為80m/min，進給量為0.284mm/r，鉆削500個孔需要25min；而采用pertura涂層的鉆頭，線速度可以達到210米/分鐘，進給量為0.2mm/r，鉆削500個孔只需要13分鐘，大大縮短了加工時間，提高生產(chǎn)效率85%。
同時，balinit®pertura在重磨的鉆頭上也能得到和新刀相同的性能。如果重磨和重涂的成本是新鉆頭價格的三分之一，原來需要4支新鉆頭來實現(xiàn)產(chǎn)量，現(xiàn)在只需要1支新鉆頭加上3次重磨和重涂，就能達到相同的產(chǎn)量，刀具成本降低50%。
目前來看，balinit®pertura是一款在孔加工應(yīng)用中具有突破性的涂層產(chǎn)品，可以保證各種鉆削在中、高速的鉆削環(huán)境下穩(wěn)定的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。