梯度硬质合金涂层基体的制备（四）

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　　工业发达国家自90年代初就开始致力于硬质合金刀具PVD涂层技术的研究，90年代中期取得了突破性进展，PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异型刀具、焊接刀具等的涂层处理。
7 C3 ?; R8 N( z/ H' o1 I　　我国PVD涂层技术的研发工作开阴极离子镀膜机，并开发了高速钢刀具TiN涂层工艺技术。90年代末国内成功开发出硬质合金TiNTiCNTiN多元复合涂层工艺技术并达到实用水平。但与国际发展水平相比，我国硬质合金刀具PVD涂层技术仍落后10年左右。目前国外刀具PVD涂层技术已发展到第4代，而国内尚处于第2代水平，且仍以单层TiN涂层为主。
　　4.PVD、CVD涂层技术
- E' P1 j, u( |/ F" x2 R0 g! C　　对比目前约有80%的硬质合金刀具采用CVD技术进行超硬材料涂层。自20世纪80年代初TiNPVD涂层高速钢刀具投入工业应用以来，人们一直在探索能否用PVD代替CVD工艺对硬质合金刀片进行涂层。因为与CVD涂层技术相比较而言，PVD涂层技术有以下几个优点：(1)PVD技术沉积温度低，可以在500℃左右沉积TiN等超硬涂层，因此不会降低基体材料原有抗弯强度，涂层与基体间也不会产生η相，扩大了应用范围；(2)涂层具有微细结构，在涂层内部产生压应力，抗裂纹扩展能力强；(3)涂层表面光滑，比CVD涂层更能有效地阻止前刀面上的横裂纹扩展，同时可降低摩擦系数；(4)可以使用刃口锋利的刀具作基体，这一点对于高速切削非常重要。
8 P5 q' u' f2 \; P1 C, {　　尽管PVD涂层有CVD涂层难以比拟的优点，但实践表明，一般车削(部分铣削)刀片的TiC/Al2O3或TiC/Al2O3/TiNCVD涂层性能仍优于PVD涂层，这里除CVD技术可进行αAl2O3涂层外，涂层与基体的结合强度比PVD涂层高也是其性能优于PVD技术的一个重要因素。涂层硬质合金刀片的划痕实验表明，PVD涂层的临界载荷一般为30~40N，而CVD涂层的临界载荷可>90N；CVD涂层的厚度可达8~0μm，而PCD涂层的厚度必须控制在3~5μm，否则涂层容易产生剥落现象。此外硬质合金刀片CVD涂层工业化成本低于PVD涂层，这也是CVD技术应用更为广泛的原因之一。
　　CVD和PVD两种技术在硬质合金刀具涂层中仍将并存和相互补充，并因其自身的优点而在刀具涂层比例中占有各自的份额。一般说来，高速钢等钢制工具、锋利的硬质合金精切刀片和硬质合金整体多刃刀具采用PVD技术涂层比较理想。其余大部分硬质合金刀片均可采用CVD技术涂层。而且，CVD涂层也在不断发展，目前除采用中温CVD涂层以减小硬质合金强度的降低幅度外，还可采用计算机精确控制单层涂层厚度，避免涂层形成柱状晶，以满足精切硬质合金刀片的涂层要求。
' O7 X* ]/ w" `, }　　梯度硬质合金基体表层碳含量的控制
2 i  F2 @! b) p! g& g! ^　　硬质合金中碳含量控制是一个非常关键的问题。当合金中缺碳时，在合金中会形成脆性η相，η相的出现将大幅降低硬质合金的断裂韧度和强度。目前已知的η相主要有M6C型的Co3W3C、Co2W4C；M12C型的Co6W6CF、Co6W6C104F；Co3W9C4，除此之外，还有Co2W6C、Co2W8C3和Co3W10C4等。当合金中碳过量时，合金中的石墨相也将对合金的性能产生不利影响。采用化学气相沉积方法在梯度合金基体表面涂敷TiC高硬耐磨材料，在1000℃时，发生如下反应：
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