硬质合金涂层使用什么材料？选择正确的涂层，提高刀具寿命和性能

用于涂覆硬质合金刀具的最常见材料是主要以薄层形式应用的陶瓷化合物，主要是氮化钛 (TiN)、氮化铝钛 (TiAlN) 和碳氮化钛 (TiCN)。这些涂层在切削刀具和工件之间形成一层极硬、润滑且耐热的屏障，从而极大地提高性能和刀具寿命。

核心原则不在于单一的“最佳”材料，而在于选择一种特定的涂层系统，其性能——硬度、热稳定性和润滑性——与加工操作和被切削材料精确匹配。

我们首先对硬质合金进行涂层的原因

硬质合金本身具有很高的硬度和耐磨性，但现代加工将刀具推向了绝对极限。涂层充当了性能倍增器，提供了原材料硬质合金基体自身无法提供的关键优势。

高速加工会在切削刃产生巨大的热量。这种热量会软化硬质合金基体并加速磨损。

陶瓷涂层充当绝缘体，阻止大部分热量到达硬质合金。对于含有铝的涂层（如 TiAlN）尤其如此。

涂层的硬度明显高于下方的硬质合金。这种超硬表面对磨粒磨损具有出色的抵抗力，磨粒磨损在切削铸铁或高硅铝等材料时很常见。

较低的摩擦系数意味着产生的热量更少，并且切屑排出更顺畅。像氮化铬 (CrN) 或类金刚石碳 (DLC) 这样的涂层提供高度润滑的表面，防止材料粘附在刀具上，这种现象被称为“积屑瘤”。

虽然有许多专业涂层，但有几种在行业中占主导地位。了解它们各自的优势是为工作选择正确刀具的关键。

关键特性：这是基础的通用涂层，很容易通过其金色识别。它在硬度和润滑性之间提供了良好的平衡。

理想应用：非常适合对非合金钢和较软材料进行通用铣削和钻孔，前提是切削速度和温度适中。其独特的颜色也为刀具磨损提供了清晰的视觉指示。

关键特性：通过向 TiN 结构中添加碳，TiCN 的硬度和耐磨性显著提高。

理想应用：它在加工铸铁和高硅铝合金等磨蚀性材料方面表现出色。它对不锈钢也很有效，但与 TiAlN 相比，由于热稳定性较低，通常需要冷却剂。

关键特性：它们是现代加工的高性能主力军。添加铝会在高温下形成一层受保护的、自再生的氧化铝层。

理想应用：非常适合对合金钢、硬化钢和高温合金（如 Inconel）进行高速干式加工。AlTiN 具有更高的铝钛比，为最苛刻的应用提供了更高的热稳定性。

关键特性：CrN 的硬度不如钛基涂层，但具有出色的润滑性和抗粘附性。

理想应用：它是加工“粘性”或容易粘附在切削刃上的材料的首选，例如软铝合金、铜和钛。

关键特性：DLC 涂层具有极高的硬度和极低的摩擦系数，形成光滑的类石墨表面。

理想应用：在加工非铁和磨蚀性复合材料（如高硅铝、石墨和碳纤维）方面无与伦比。注意：DLC 不应用于钢材，因为高温可能会引起化学反应，从而降解涂层。

选择涂层是平衡相互竞争因素的问题。没有一种涂层在所有情况下都具有优越性。

极硬的涂层有时会更脆。过脆的涂层可能会在锋利的切削刃上发生微小崩碎，尤其是在间歇性切削（如铣削）中，从而导致刀具过早失效。

较厚的涂层提供更多的耐磨性，但也会使切削刃变钝。对于需要非常锋利边缘以获得精细表面光洁度的精加工操作，通常更喜欢较薄的涂层。

与基本的 TiN 相比，像 AlTiN 这样的先进多层涂层生产成本更高。目标是选择一种涂层，其刀具寿命和生产力的提高幅度足以证明较高的初始成本是合理的。

选择正确的涂层始于对您的目标和所加工材料的清晰了解。

最终，将涂层视为切削系统的组成部分，而不是一个独立的功能，可以帮助您最大限度地提高性能和效率。