涂層刀具是在強度和韌性較好的硬質合金或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物(也可涂覆在陶瓷、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而獲得的。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，從而減少了月牙槽磨損。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、摩擦因數(shù)小和熱導率低等特性，切削時可比未涂層刀具提高刀具壽命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，在刀具中的使用比例已超過50%。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、齒輪滾刀和插齒刀等都可采用涂層工藝來提高它們的使用性能。
　　
　　涂層刀具磨損長度

　　涂層刀具有四種：涂層高速鋼刀具，涂層硬質合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金剛石或立方氮化硼)刀片上的涂層刀具。但以前兩種涂層刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度(可提高10%以上)，可減少刀片的崩刃及破損，擴大應用范圍。
　　
　　涂層方法
　　
　　目前生產上常用的涂層方法有兩種：物理氣相沉積(PVD)法和化學氣相沉積(CVD)法。前者沉積溫度為500℃，涂層厚度為2~5μm；后者的沉積溫度為900℃~1100℃，涂層厚度可達5~10μm，并且設備簡單，涂層均勻。因PVD法未超過高速鋼本身的回火溫度，故高速鋼刀具一般采用PVD法，硬質合金大多采用CVD法。硬質合金用CVD法涂層時，由于其沉積溫度高，故涂層與基體之間容易形成一層脆性的脫碳層(η相)，導致刀片脆性破裂。近十幾年來，隨著涂覆技術的進步，硬質合金也可采用PVD法。國外還用PVD/CVD相結合的技術，開發(fā)了復合的涂層工藝，稱為PACVD法(等離子體化學氣相沉積法)。即利用等離子體來促進化學反應，可把涂覆溫度降至400℃以下(目前涂覆溫度已可降至180℃~200℃)，使硬質合金基體與涂層材料之間不會產生擴散、相變或交換反應，可保持刀片原有的韌性。據(jù)報道，這種方法對涂覆金剛石和立方氮化硼(CBN)超硬涂層特別有效。
　　
　　用CVD法涂層時，切削刃需預先進行鈍化處理(鈍圓半徑一般為0.02~0.08mm，切削刃強度隨鈍圓半徑增大而提高)，故刃口沒有未涂層刀片鋒利。所以，對精加工產生薄切屑、要求切削刃鋒利的刀具應采用PVD法。涂層除可涂覆在普通切削刀片上外，還可涂覆到整體刀具上，目前已發(fā)展到涂覆在焊的硬質合金刀具上。據(jù)報道，國外某公司在焊接式的硬質合金鉆頭上采用了PCVD法，結果使加工鋼料時的鉆頭壽命比高速鋼鉆頭長10倍，效率提高5倍。
　　
　　金剛公司推出的各種新型涂層
　　
　　涂層顏色硬度HV厚度μm摩擦系數(shù)最高使用溫度℃說明
　　
　　ZrCN復合蘭灰25001-40.3550通用性強
　　
　　TiN單層金黃23001-40.4500高性價比涂層
　　
　　TiAlN復合紫色32001-40.5800通用性強
　　
　　AlTiN復合黑34001-40.5900高速、高硬度加工
　　
　　TiAlCrN亞黑35001-40.61000特殊加工領域
　　
　　TiCN漸層灰黑30001-40.4400高韌性通用涂層
　　
　　CrN漸層銀亮20003-150.5700適用加工銅、鈦、模具
　　
　　DLC黑彩1000~40000.5-20.05400適用于有色金屬、石墨、塑膠
　　
　　涂層材料
　　
　　涂層材料須具有硬度高、耐磨性好、化學性能穩(wěn)定、不與工件材料發(fā)生化學反應、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)低，以及與基體附著牢固等要求。顯然，單一的涂層材料很難滿足上述各項要求。所以硬質涂層材料已由最初只能涂單一的TiC、TiN、Al2O3，進入到開發(fā)厚膜、復合和多元涂層的新階段。新開發(fā)的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多層涂層與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復合，加上新型的抗塑性變形基體，在改善涂層的韌性、涂層與基體的結合強度、提高涂層耐磨性方面有了重大進展。目前，又突破了在硬質合金基體上涂覆金剛石薄膜技術，全面提高了刀具的性能。
　　
　　工藝最成熟和應用最廣泛的硬質涂層材料是TiN，但TiN與基體結合強度不及TiC涂層，涂層易剝落，且硬度也不如TiC高，在切削溫度較高時膜層易氧化而被燒蝕。TiC涂層有較高的硬度與耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐沖擊。TiCN兼有TiC和TiN兩種材料的優(yōu)點，它在涂覆過程中可通過連續(xù)改變C、N的成份控制TiCN性質，并形成不同成份的多層結構，可降低涂層的內應力，提高韌性，增加涂層的厚度，阻止裂紋的擴展，減少崩刃。所以，目前生產的一些刀片，如瑞典Sandvik公司推薦用于加工鋼料的GC4000系列刀片、中國株洲硬質合金廠生產的CN系列刀片、日本東芝公司的T715X和T725X涂層刀片中均有TiCN涂層成份。TiCN基涂層適于加工普通鋼、合金鋼、不銹鋼和耐磨鑄鐵等材料，用它加工工件時的材料切除率可提高2~3倍。
　　
　　TiAlN、CrN、TiAlCrN是近幾年來開發(fā)的硬質涂層新材料。TiAlN涂層刀片已商品化。它的化學穩(wěn)定性和抗氧化磨損性能好，用其加工高合金鋼、不銹鋼、鈦合金和鎳合金時的刀具壽命可比TiN涂層高3~4倍。此外，TiAlN涂層中如果有合適的鋁濃度，切削時在刀具前刀面和切屑的界面上還會產生一層硬質的惰性保護膜，該膜有較好的隔熱性，可更有效地用于高速切削。例如，美國Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN涂層，是專為高速銑削合金鋼、高合金鋼和不銹鋼等高性能材料而設計的。CrN是一種無鈦涂層，適于切削鈦和鈦合金、銅、鋁以及其它軟材料，化學穩(wěn)定性好，不產生粘屑。TiAlCrN是一種梯度結構涂層，不僅具有高的韌性和硬度，而且摩擦因數(shù)也較小，適用于銑刀、滾刀、絲錐等多種刀具，切削性能明顯優(yōu)于TiN。
　　
　　德國某公司開發(fā)了Supernitride涂層系列，其中超級氮化鈦涂層有很高的含鋁量，可形成穩(wěn)定的氧化層(氧化溫度達1000℃)，它比一般的TiAlN涂層更硬、更致密、更耐高溫，適用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高達58HRC以上的淬火鋼。
　　
　　此外，納米超薄膜涂層工藝已日趨成熟。據(jù)報道，日本某公司推出了一種高速強力型鉆頭，它是在韌性好的K類(WC+Co)硬質合金基體上交互涂覆了1,000層TiN和AlN超薄膜涂層，涂層厚度約2.5μm。使用表明，該鉆頭的抗彎強度與斷裂韌性可大幅度提高，其硬度則與CBN相當，刀具壽命可提高2倍左右。該公司還開發(fā)出ZX涂層立銑刀，超薄膜鍍層數(shù)達2,000層，每層厚度約1nm，用該立銑刀加工60HRC的高硬度材料，刀具壽命遠高于TiCN和TiAlN涂層刀具。第八屆中國國際機床展覽會(CIMT2003)上，瑞士某公司推出的納米結構涂層(AITiN/SiN)立銑刀，其涂層硬度為45GPa，氧化溫度1100℃，切削對比試驗表明，其壽命比TiN涂層立銑刀高3倍，比TiAlCN涂層立銑刀高2倍。除上述AITiN/SiN、TiAlCN新涂層外，還有特定功能的涂層，如MoS2、DLC潤滑涂層，其摩擦因數(shù)小(0.05)，適于涂覆絲錐、鉆頭等刀具，可改善排屑性能，或者作為復合涂層的表面涂層，減少切屑的粘結。