前言
高速钢刀具涂层是通过物理或化学气相沉积等技术，在刀具表面涂覆一层或多层具有特殊要求(如 耐磨、耐热)的难熔金属化合物(硬涂层，如 Ti-N， Ti-C，Ti-Al-N 等〉或非金属化合物(软涂层，如 MoS2 ，WS2 ，纯石墨等)，从而提高刀具的综合性能 和使用寿命。因为难熔金属化合物具有硬度高、耐 磨和耐热等特点，所以硬涂层在切削过程中就犹如 是在高速钢刀具与切屑之间增加了一道耐磨、耐热 的屏障，大大提高了高速钢刀具的耐磨性能和耐高 温性能。
1硬涂层材料及其特性 硬涂层材料按化学特性分为三组:金属键、共价键和离子键。具有共价键和离子键结构的硬涂层材料具有硬度高、耐磨性好、表面自由能低、化学惰性 大、高温稳定性好以及与工件材料的亲和性小等特 性，是理想的刀具涂层材料。但由于具有共价键和 离子键结构的硬涂层材料，有的与高速钢的性能差 异较大、附着性差、脆性大、韧性差且涂层易开裂和 剥落，起不到对刀具表面的保护作用F 而具有金属键 结构的过渡金属氮化物、碳化物和棚化物，其综合性 能较好，且与金属的结合及层间匹配性良好，因而在 高速钢刀具的硬涂层材料中占有重要的地位。
2复合涂层
复合涂层是刀具涂层技术的一种发展趋势，按两种不同工艺技术间的相互作用及其对复合涂层综 合性能的贡献可分为两类[I] :一类是指两种不同工艺技术互相补充，其最终性能是两种工艺共同作用 的结果;另一类是指一种工艺补充和增强另一种工 艺，前者作为预处理或前处理，最终性能则主要取决 于后一种工艺。其优点在于:(1)通过对刀具基体 进行强化预处理以提高基体对涂层的支撑能力，防止在切削负荷的作用下因基体塑性变形而导致涂层 过早失效[叫，使涂层固有的潜力得以充分发挥 ;(2) 利用多种涂层或处理技术复合产生协商效应，在刀 具表面获得性能更佳的复合改性层[6-11]。
2.1 离子氧化 +PVD 复合涂层
高速钢刀具的硬度(特别是高温硬度〉较低，切削加工时因热效应易使其软化变形，不能给涂层提 供强有力的支撑，导致涂层开裂和剥落而失效。采 用离子氮化+PVD 复合处理涂层具有一定的应用前景。通过这样的复合处理可以弥补硬涂层硬 度虽高，但硬化层很薄，硬度梯度陡峭，以及离子氮化处理硬化层虽厚，但表层硬度不高的不足，得到既 有高的表面硬度，又有强化过渡层的复合涂层。 Sato T，lchimura H 等[叫在同一沉积室对高速钢钻 头进行离子氮化 +PVDjTi-N复合处理。结果表 明:钻头切削性能大大改善，甚至超过了 Ti-AI-N 涂 层钻头的切削性能;同时，在沉积过程中由于 Ti 与 N 的相互作用及其向基体内部的进一步扩散，使过 渡层的硬度比单一离子氮化提高约 1 200 MPa ，从 而提高了复合涂层的承载能力和抗磨损能力。 Fox-Rabinovich G等[5J 甚至对高速钢刀具进行了三 重(ionnitriding+ ion mixing+ Ti-Cr-N) 复合处理， 与双重(ionnitriding + Ti-Cr-N)复合处理相比，刀具 寿命又提高了 23 倍。
2.2 混合 PVD 复合涂层
等离子体增强磁控溅射沉积 (PMD) 技术是一种变异的 PVD 技术，其特点是将离子轰击与溅射 技术相结合，产生具有独特细微结构的硬质抗磨涂
层[的。Ronghua W 等 [7J 用 PMD 技术制备得到的Ti-N 涂层具有很细微的结构、较高的残余压应力以 及较高的结合强度，与弧蒸发和溅射法相比，利用该 工艺制得的端镜刀、成型镜刀和滚齿刀等刀具寿命 更长。
离子束辅助沉积(IBAD) 技术是兼有气相沉积 与离子注入优点的一种新型 PVD 技术。其特点是在冷相沉积涂层时，用具有一定能量的离子束轰击 不断沉积着的物质，使沉积原子与基体不断棍合，界面处原子相互渗透溶为一体，从而大大改善涂层与 基体的结合强度。可在较低温度下制备 C，N，B 化 合物膜，CBN 和金刚石等超硬涂层。
Lugscheider E 等∞用弧离子镀与平衡磁控溅射离子镀复合 PVD 技术在高速钢刀具上沉积了 Cr-AI-N 和 Cr-AI-N+CjC 软硬复合涂层。结果表 明:该涂层硬度高，摩擦系数低，与基体结合强度高。
肖继明等[时用闭合场非平衡磁控溅射离子镀 PVD 涂层工艺在高速钢麻花钻上沉积了 Cr-AI-Ti-N梯度涂层。在干式切削条件下，钻削45# 钢、30CrMnSiA 钢和 D406A 钢时，钻头的磨损 性能改善，产生积屑瘤和崩刃破损的现象减少，钻头 平均寿命比未沉积涂层时分别提高约 7.2 倍、11.8 倍和 5 倍。
莫继良等[12J 综合采用电子枪等离子增强、非平衡磁控溅射和多弧离子镀 3 种物理气相沉积技术，在高速钢麻花钻上沉积了 Ti-AI-N 单层涂层。对涂层的硬度、涂层与基体的结合强度和微观形貌进行 了测试及分析，并用 Ti-AI-N 涂层高速钢麻花钻对1Cr18Ni9Ti 不锈钢进行干态钻削实验。结果表明: 在高速钢麻花钻基体上所制备的 Ti-AI-N 涂层具有 良好的力学性能，可以使高速钢麻花钻的使用寿命 提高 4 倍以上。
2.3 PVD+CVD 复合涂层
等离子体化学气相沉积(PCD ，Plasma-CVD) 技术是一种低温涂层技术，其特点是利用等离子体来 促进化学反应，可降低沉积温度，目前，已可降至180 200 .C[9-l1J 。具有代表性的 PCVD 技术有:等离子体辅助化学气相沉积技术 (PACVD ，PlasmaAssisted-CVD)和等离子体增强化学气相沉积技术
Stoiber M 等问用 PACVD 技术在高速钢上制 备得到 Ti-N 涂层，其摩擦磨损性能优于PVDjTi-N 涂层;Wnstrand 用 PACVD 技术在高速锅上制备得 到 WCjC 涂层，其膜基附着力较高，磨损率(1.55 X10-13 m3 • m-1 • N - 1 )低于同条件下的 T七N 硬涂层的磨损率(1.67 X 10 -13 m3 • m-1 • N-1 ) ，摩擦系 数低于 0.2.
Lee DK 等[10J 用 PECVD 技术在高速钢上制备得到 Ti-N jTi-Al-N 多层复合涂层，与 PVDjTi-N 涂层相比，该涂层硬度高，抗磨损性能好，与基体结 合强度高。]arratt M 等口1J 用 PECVD 技术制备得 到的 DLC 涂层的承载能力和摩擦磨损性能均有明 显改善。吴大维等还用 RF-PECVD 技术在高速钢 上沉积了 C3 凡 超硬涂层，使刀具寿命大大提高。
3 展望
值得注意的是，从技术上来说，两种或多种表面技术的结合可以没有限制，但复合涂层工艺并非几 种表面技术的简单混合。因为复合处理是一个典型 的多层复合涂层体系，刀具表面的最终性能取决于 两种或多种不同处理技术的综合效应。因此，必须 仔细考虑不同处理工艺在冶金学、力学、物理学和化 学等方面的作用，防止后一种处理损伤前一种处理 已获得的良好特性。
