完美涂层质量的先决条件定义如下： 

要想有质量良好的PVD涂层加工，元件需经研磨或抛光，并针对运输进行防腐处理。 

1.研磨的表面不能出现浅裂纹、氧化皮或再硬化烧伤。 

2.研磨期间使用的冷却液不能包含任何磺酸钙、硼或碘化合物、或含硅的消泡剂。 

3.研磨过的表面、用磨刀石磨过的表面、抛光的表面或用磨盘磨过的表面必须没有研磨剂和残余物。 

4.刀刃必须无毛刺，以便它们不会在第一次使用时断裂。 

5.在EDM（电火花加工）工艺中，推荐制作多个表面处理通路来减少“白层”的形成。 

6.表面必须是光亮的金属。锈蚀的表面、褐色的光制表面、蒸气烧蓝的表面或经类似处理的表面不能涂层。 

7.盲孔和内螺纹必须没有硬化盐和其它污染物。 

8.碎屑、蜡、胶带、油漆和其它非金属杂质、研磨粉、清洗剂残留物、指纹和类似物必须从元件上去除。 

9.焊接接头和铜焊接头必须没有气孔、焊剂和镉化物。 

10.元件应去磁。

     对小型圆形刀具进行正确的表面处理可以提高刀具寿命，减少加工循环时间，提升加工表面质量。但是，根据加工需要正确选择刀具涂层有可能是一件令人困 惑和费劲的工作。每一种涂层在切削加工中都既有优势又有缺点，如果选用了不恰当的涂层，有可能导致刀具寿命低于未涂层刀具，有时甚至会引出比涂层以前更多的问题。 

     目前已有许多种刀具涂层可供选择，包括刀具PVD涂层加工、CVD涂层以及交替涂覆PVD和CVD的复合涂层等，从刀具制造商或涂层供应商那里可以很容易地 获得这些涂层。本文将介绍一些刀具涂层共有的属性以及一些常用的PVD、CVD涂层选择方案。在确定选用何种涂层对于切削加工最为有益时，涂层的每一种特性都起着十分重要的作用。 

1.涂层的特性 

（1）硬度 

    涂层带来的高表面硬度是提高刀具寿命的最佳方式之一。一般而言，材料或表面的硬度越高，刀具的寿命越长。氮碳化钛（TiCN）涂层比氮化钛（TiN）涂层具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN涂层的硬度提高了33%，其硬度变化范围约为Hv3000～4000（取决于制造商）。表面硬度高达Hv9000的CVD金刚石涂层在刀具上的应用已较为成熟，与PVD涂层刀具相比，CVD金刚石涂层刀具的寿命提高了10～20倍。金刚石涂层的 高硬度和切削速度可比未涂层刀具提高2～3倍的能力使其成为非铁族材料切削加工的不错选择。 

（2）耐磨性 

    耐磨性是指涂层抵抗磨损的能力。虽然某些工件材料本身硬度可能并不太高，但在生产过程中添加的元素和采用的工艺可能会引起刀具切削刃崩裂或磨钝。 

（3）表面润滑性 

    高摩擦系数会增加切削热，导致涂层寿命缩短甚至失效。而降低摩擦系数可以大大延长刀具寿命。细腻光滑或纹理规则的涂层表面有助于降低切削热，因为光 滑的表面可使切屑迅速滑离前刀面而减少热量的产生。与未涂层刀具相比，表面润滑性更好的涂层刀具还能以更高的切削速度进行加工，从而进一步避免与工件材料发生高温熔焊。 

（4）氧化温度 

    氧化温度是指涂层开始分解时的温度值。氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。虽然TiAlN涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层，但事 实证明它在高温加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间形成一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具 传入工件或切屑。与高速钢刀具相比，硬质合金刀具的切削速度通常更高，这就使TiAlN成为硬质合金刀具的首选涂层，硬质合金钻头和立铣刀通常采用这种 刀具PVD涂层 TiAlN涂层。 

（5）抗粘结性 

    涂层的抗粘结性可防止或减轻刀具与被加工材料发生化学反应，避免工件材料沉积在刀具上。在加工非铁族金属（如铝、黄铜等）时，刀具上经常会产生积屑 瘤（BUE），从而造成刀具崩刃或工件尺寸超差。一旦被加工材料开始粘附在刀具上，粘附就会不断扩大。例如，用成型丝锥加工铝质工件时，加工完每个孔后丝锥上粘附的铝都会增加，以至最后使得丝锥直径变得过大，造成工件尺寸超差报废。具有良好抗粘结性的涂层甚至在冷却液性能不良或浓度不足的加工场合也能起到 很好的作用。 

2.常用的涂层 

（1）氮化钛涂层（TiN） 

    TiN是一种通用型PVD涂层，可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具或成形工具可获得很不错的加工效果。 

（2）氮碳化钛涂层（TiCN） 

    TiCN涂层中添加的碳元素可提高刀具硬度并获得更好的表面润滑性，是高速钢刀具的理想涂层。 

（3）氮铝钛或氮钛铝涂层（TiAlN/AlTiN） 

    TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。根据涂层中所含铝和钛的比例不同，AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度，因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。

（4）氮化铬涂层（CrN） 

    CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。 

（5）金刚石涂层（Diamond） 

    CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供最佳性能，是加工石墨、金属基复合材料（MMC）、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想涂层（注 意：纯金刚石涂层刀具不能用于加工钢件，因为加工钢件时会产生大量切削热，并导致发生化学反应，使涂层与刀具之间的粘附层遭到破坏）。 

    适用于硬铣、攻丝和钻削加工的涂层各不相同，分别有其特定的使用场合。此外，还可以采用多层涂层，此类涂层在表层与刀具基体之间还嵌入了其它涂层，可以进一步提高刀具的使用寿命。 

3.涂层的成功应用 

    实现刀具PVD涂层加工的高性价比应用可能取决于许多因素，但对于每种特定的加工应用而言，通常只有一种或几种可行的涂层选择。涂层及其特性的选择是否正确可能就意味着加工性能明显提高与几乎没有改善之间的区别。切削深度、切削速度和冷却液都可能对刀具涂层的应用效果产生影响。 

    由于在一种工件材料的加工中存在着许多变量，因此确定选用何种涂层的最好方法之一就是通过试切。涂层供应商们正在不断开发更多的新涂层，以进一步提高涂层的耐高温、耐摩擦和耐磨损性能。与涂层（刀具）制造商一起验证最新、最好的刀具涂层在加工中的应用总是一件好事。

PVD涂层加工优化工具设计和涂层的相互作用

PVD涂层加工能显著提高机器性能。特别是切削工具，如果它们的几何形状适合改变后的使用条件，则它们的收效最大。

为了将工具固定到夹具上，必须用到的孔、螺纹或表面应可保持无涂层。

由机械罩来盖住不应有涂层的表面。 

有内表面的工具（缸孔、螺纹、槽）可以有涂层，但这类零件的深度不能超过其宽度。

冷却通风必须处于打开状态并保持清洁。

已拧紧、胶合或按压在一起的工具不能有涂层；因为接缝表面不能得以充分地清洁并且在真空中会漏气。

焊接的工具在涂层前必须通过退火来消除应力。

焊接/铜焊接头必须能耐受高于涂层温度的温度。

几何形状、尺寸和重量

除了设计的适用性以外，还必须考虑几何形状和重量。可涂层零件的最大尺寸和最大零件重量由所选择的涂层方式来确定。最大重量约为3000kg，直径为700mm，长度为1500或1000mm。

   PVD涂层加工技术广泛应用于航天航空、汽车、机床、化工机械、船舶制造、动力设备、五金工具、医疗器械、标准件制造等领域。工具（刀具）涂层后，可提高使用寿命3-10倍，可提切削效率30%以上，模具涂层后，可大幅降低修模次数，提高模具的脱模性，保证加工精度，从而达到提高模具使用寿命的目的。采用特殊涂层的工模具具有防酸、防腐、耐高温的性能，以应对各种特殊使用环境。

   PVD涂层作为一种新型涂层材料，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性，有望部分或完全替代TiN ，尤其适用于高速切削。文中对国内外TiAlN涂层刀具的发展与应用状况进行了综合评述，并着重分析了TiAlN涂层工艺及其切削性能。 

   对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一，随着涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破。涂层刀具可以提高加工效率和加工精度，延长刀具使用寿命，降低加工成本。 

   自20世纪70年代以来，刀具涂层技术取得了飞速发展，涂层工艺越来越成熟。西方工业发达国家使用的涂层刀片占可转位刀片的比例已由1978年的26%增加到1985年的50～60%。新型数控机床所用切削刀具中有80%左右使用涂层刀具。瑞典山特维克公司和美国肯纳金属公司的涂层刀片的比例已达80～85%以上。美国数控机床上使用涂层硬质合金刀片比例为80%，瑞典和德国车削用涂层刀片已占70%以上。1981年～1985年期间，前苏联的刀具产量增加了16%、硬质合金刀具增加了29%，而涂层刀具则增加了5倍。涂层刀具己成为现代刀具的重要标志，并将是今后数控加工领域中最重要的刀具品种之一。 

   TiAlN涂层作为一种新型涂层材料，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性，尤其适用于高速切削高合金钢、不锈钢、钦合金、镍合金等材料。在要求高耐磨性的场合下，鉴于TiN涂层在高温性能方面所表现出的不足，TiAlN有望部分或完全替代TiN，因此，TiAlN涂层刀具具有极其广阔的应用前景。 

   自1985年Knotek等首次发表了关于TiAlN涂层的研究成果后，人们便对其优异的抗高温氧化能力和良好的使用性能表示了极大的关注，已经用多种PVD方法成功制备了TiAlN膜。由于TiAlN涂层的制备方法不尽相同，已见报道的TiAlN涂层的性能也有差异。TiAlN涂层具有高的硬度和氧化温度，随着涂层的多层化和纳米化，TiAlN涂层的性能正在逐渐提高。TiAlN的化学稳定性好，抗氧化磨损能力强，其硬度为3400～3600HV)，耐磨性仅低于类金刚石膜，是目前国际工具行业最为推崇的超硬涂层。当Al含量超过50%时，为了区别于TiAlN，有人称其为AlTiN。AlTiN涂层的硬度随含铝量的增加而提高，铝含量可以超过65%；当铝含量提高后也会形成较软的AlN相，使其硬度降低，但是铝含量并不是影响硬度的唯一因素。AlTiN的硬度可达4500HV。目前TiAlN/Al2O3多层PVD涂层也已研究成功，这种刀具的涂层硬度可达4000HV，涂层数为400层(厚度5nm)，切削性能优于TiC/l2O3/TiN涂层刀具。

标准的PVD涂层加工特性

1.延展性 

锻造变形阻力与低级，塑料，锻造温度范围宽，锻裂冷裂和低的倾向网状碳化物析出。 

2.所述的退火处理 

球化退火的温度范围，低退火硬度和波动范围小，球高。 

3.切削加工 

切割的大，低损耗工具，表面粗糙度低的量。 

4.抗氧化，脱碳敏感性 

抗氧化剂怀孕时高温加热能好，脱碳变慢的加热介质是不小的点蚀倾向敏感。 

5.淬透性 

后具有均匀和高的表面硬度的淬火。 

6.淬透性 

淬火可以得到更深的硬化层，用放松淬火介质后，可以固化。 

7.淬火变形开裂倾向 

常规淬火体积变化的大小，形状翘曲，变形小的，异常变形降低的倾向。常规淬火开裂敏感性低，且对工件上的淬火温度不敏感的形状。 

8.可以磨 

轮相对小的损耗，无磨削烧伤限制大量的车轮质量和冷却条件不敏感，不易发生损伤研磨机的研磨裂纹。 

（℃）满足模具的经济性要求，材料的选择是需要考虑这一原则的特定经济学，尽可能地降低制造成本。因此，要满足的前提下，以较低的价格首选的性能，请不要使用碳素钢，合金钢，不使用国产材料进口材料。此外，当选择也应考虑市场的生产和供应，所选择的钢种应尽量少而集中，易购买。