涂層刀具的出現(xiàn)是刀具發(fā)展史上的重大突破，它具有良好的切削性能，而且涂層材料作為化學(xué)屏障和熱屏障，減小了月牙洼磨損，耐磨性良好。與未涂層刀具相比，涂層刀具加工精度提高0．5～1級(jí)，刀具消耗費(fèi)用降低20％～50％，耐磨性提高2～10倍，切削速度提高25％～70％，使用壽命延長(zhǎng)3～5倍。

　　多年來(lái)，困內(nèi)外涂層刀具的研究主要集中在TiN涂層上，并取得了一定的成效，目前TiC、TiN等單涂層刀具已經(jīng)大量產(chǎn)業(yè)化。為了進(jìn)一步提高涂層刀具的使用性能，以（Ti，Al）N涂層為代表的多元復(fù)合涂層刀具近10年得到了廣泛的應(yīng)用。目前，多元多層復(fù)合涂層刀具的發(fā)展在國(guó)內(nèi)尚屬于起步階段，以期獲得更完善的綜合性能。

1、單涂層刀具的切削性能

1.1、TiC系涂層刀具

　　TiC涂層刀具的優(yōu)越性表現(xiàn)在高的切削速度和優(yōu)良的抗機(jī)械磨損、磨料磨損性能上。用涂層刀具車(chē)削中碳鋼時(shí)，其后刀面及前刀面磨損速度分別只有未涂層刀具的l／10及1／l00，具有良好的抗月牙洼磨損能力；在耐磨性相同時(shí)，其切削鋼的速度可提高50％～l00％，有時(shí)可高達(dá)2～3倍；銑削45#鋼時(shí)，其刀具耐磨性比硬質(zhì)合金銑刀高3倍，切削效率可提高50％。TiC涂層刀具具有較小的切削力和較低的切削溫度，應(yīng)用溫度為300℃左右。

　　但是，TiC涂層脆性大，不耐沖擊。在沉積TiC涂層時(shí)，基體與涂層之間生成脆性的中間層η相（Co₃W₃C）。這是由于C的不足，WC置換生成W₂C，它與WC的粘合劑Co結(jié)合生成η相。η相過(guò)厚會(huì)造成TiC涂層的破碎。實(shí)驗(yàn)證明，η相控制在1～2μm時(shí)刀具耐磨性高，涂層不會(huì)產(chǎn)生宏觀裂紋或脫落現(xiàn)象。

　　TiC涂層刀具適合在中速或高速條件下使用。這是由于在高速高溫下，TiC涂層刀具具有良好的抗擴(kuò)散和抗氧化性能；而在低速低溫下，刀具磨損以粘結(jié)磨損和磨料磨損為主，涂層刀具表面脆性較大，抗拉強(qiáng)度低，而且還常常存在殘余應(yīng)力，容易產(chǎn)生剝落和崩刃現(xiàn)象，刀具耐磨性甚至還低于未涂層的刀具。

1.2、TiN系涂層刀具

　　TiN涂層月具是第一種產(chǎn)、業(yè)化、并在刀具行業(yè)得到廣泛應(yīng)用的硬質(zhì)涂層刀具。目前國(guó)內(nèi)外的刀具公司都有TiC和TiN涂層牌號(hào)的產(chǎn)品。盡管經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，涂層家族已出現(xiàn)了許多新的成員，但至今主流涂層仍是TiN涂層，同時(shí)它也是制備其它高性能涂層的基礎(chǔ)。

　　與TiC涂層刀具相比，TiN涂層刀具具有更低的摩擦系數(shù)和切削變形系數(shù)，因而切削力也更小。而且它的抗粘結(jié)溫度高，切削溫度為500℃左右，抗月牙洼磨損性能好。TiN涂層刀具適用于硬質(zhì)難加工材料及精密、形狀復(fù)雜的軸承等耐磨件，對(duì)易粘結(jié)在刀具前刃面上的工件，切削效果更明顯。目前發(fā)達(dá)國(guó)家中，TiN涂層刀具的使用率占刀具總數(shù)的50％～70％，有些不可重磨的復(fù)雜刀具的使用率已超過(guò)90％。經(jīng)TiN涂層后的絲錐耐磨性可提高5～10倍；鉆頭耐磨性提高3～10倍；銑刀耐磨性提高6～10倍。TiN涂層刀具的使用壽命也得到了普遍的延長(zhǎng)，涂層后的高速鋼鉆頭壽命延長(zhǎng)5～7倍；硬質(zhì)合金銑刀的壽命延長(zhǎng)3～11倍；M3滾刀的壽命提高8倍多。

1.3、Al2O3系涂層刀具

　　Al₂O₃涂層是氧化物陶瓷涂層，它的刀具切削性能優(yōu)于TiC和TiN涂層刀具。Al₂O₃涂層刀具具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗高溫氧化能力，因此具有更好的抗月牙洼磨損和抗刃口熱塑性變形的能力，適用于陶瓷刀具因脆性大而易于崩刃和打刀的場(chǎng)合。在連續(xù)切削的條件下，涂層的耐磨性和熱穩(wěn)定性是影響刀具耐磨性的主要因素。Al₂O₃。涂層刀具由于具有高的硬度和優(yōu)良的抗氧化能力，其切削性能優(yōu)于TiC涂層刀具；但在斷續(xù)切削條件下，由于有沖擊力的作用，涂層的韌性成為影響耐磨性的主要因素。Al₂O₃涂層刀具的韌性較差，故其耐沖擊性能遠(yuǎn)不如TiC和TiN涂層刀具。用Al₂O₃涂層的硬質(zhì)合金刀具加工汽車(chē)鑄鐵剎車(chē)盤(pán)、剎車(chē)鼓和軸承蓋時(shí)，其耐磨性比TiC涂層刀具高2～4倍，比普通的硬質(zhì)合金刀具高6～8倍。

1.4、其它XN系涂層刀具（x=Cr，Zr，Hf等））

　　CrN系涂層因其具有良好的抗氧化、耐腐蝕及抗磨損性能而受到較多的關(guān)注。它在抗微動(dòng)磨損上表現(xiàn)尤佳，抗氧化溫度高達(dá)700℃，但脆性比較大。CrN涂層刀具主要用于塑膠模具、沖頭等零部件的加工，由于它是無(wú)鈦涂層，可以有效地切削鈦、鈦合金及鋁合金等軟材料，而且它可達(dá)到極高的沉積速率且其工藝較易控制，有利于大批量的工業(yè)生產(chǎn)，所以更加具有實(shí)際意義。

　　ZrN系涂層刀具的耐磨性是TiN涂層刀具的3倍，涂層與基體有很牢固的結(jié)合強(qiáng)度，因此有很高的耐沖擊性，它的抗氧化溫度為700℃，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性能。ZrN涂層刀具已在鋁合金、銅合金及一些精密工件的切削加工上獲得了廣泛的應(yīng)用。由于ZrN涂層可以減少與Ti合金的粘結(jié)磨損，很適用于切削Ti及Ti合金，用于Ti合金鋼板的ZrN涂層鉆頭的壽命比TiN涂層鉆頭的長(zhǎng)l倍多。JASue等將ZrN、TiN等涂層與鎳鉻718合金配副，在500℃時(shí)ZrN的耐高溫磨損性能優(yōu)于TiN涂層。JieGu等將ZrN涂層應(yīng)用于高速切削刀具，能有效降低刀具的磨損，提高工件的切削質(zhì)量。

　　HfN系涂層的熱膨脹系數(shù)非常接近硬質(zhì)合金基體，刀具的熱應(yīng)力很小，不易崩刀。而且與很多高熔點(diǎn)材料相比，HfN涂層的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高，在溫度高達(dá)1200℃時(shí)仍有3000HV的硬度，沒(méi)有生成脆性η相，因此HfN涂層刀具具有良好的耐磨性能。目前，美國(guó)Teledyne公司牌號(hào)為HN+4的刀片及德國(guó)Walter公司牌號(hào)為WHN的刀片都是HfN涂層刀片。

　　此外，由于TiC、TiN涂層與鈦合金和鋁合金材料之間的親和力會(huì)使摩擦力增大，產(chǎn)生粘屑。而B(niǎo)N、VN、Mo₂N、Cr₂O₃等涂層化學(xué)穩(wěn)定性好，適于切削Ti、Cu、Al及其合金材料。