眾所周知，刀具表面涂層技術是應市場需求而發展起來的一項優質表面改性技術，由于該項技術可使切削刀具獲得優良的綜合機械性能，不僅可有效地提高刀具使用壽命，而且還能大幅度地提高機械加工效率，因此該項技術已與材料、加工工藝并稱為切削刀具制造的三大關鍵技術。為滿足現代機械加工高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各國都十分注重涂層技術的發展。
依據不同應用場合選擇正確的刀具涂層是確保高效加工最重要的因素之一。正確選擇涂層可以降低每個項目或每件成本，因為這樣可以降低摩擦；減少熱漲冷縮，降低切削力；提高進給速度和轉速；改善工件表面質最并降低停機時間。針對某特定應用場合選擇正確的涂層可能是件復雜而費勁的工作。市場上可以見到的每種涂層都有其優缺點，而選擇不當則會縮短刀具壽命并使問題雪上加霜。
涂層中的決定性因素
硬度在涂層中非常關鍵，因為材料或表而越硬，刀具壽命就越長。CVD金剛石涂層的表面硬度接近9，000HV，與PVD涂層相比，其刀具壽命超出后者20倍。該涂層適合切削非鐵材料的，因為它硬度高，且切削速度為不帶涂層刀具的2～3倍。耐磨性，即涂層防止磨損的能力。盡管某種材料可能不是很硬，但是生產過程中添加的元素和工藝可能增加刀刃破損或形成突起的可能性。表面潤滑性，非常重要，因為摩擦系數高會增加熱量，縮短涂層壽命或引起涂層失效。而摩擦系數低卻可以增加刀具壽命。表而光滑——不粗糙或無不規則輪廓——使切屑從刀具表而滑落，產生較少熱量。與無涂層的刀具相比，表面潤滑性高還可以提高速度，幫助防止工件產生塑變。
氧化溫度，即涂層開始失效的溫度。氧化溫度高可以提高在高溫應用場合的成功率。
防粘連能力，可以通過防止刀具和切削材料之間發生化學反應而阻止加工材料附著到刀具上。這種能力可以減少積屑瘤(BUE)，一種在加工有色金屬材料諸如鋁或黃銅時常見的問題，導致刀具劈裂或零件過切。一旦材料開始附到刀具上，就繼續粘接更多材料。
常見涂層
氮化鈦(TiN)，是一種通用涂層，通過物理氣相沉積(PVD)法獲得。該涂層表面硬度達81HRC，摩擦系數為0.4。它在1,000°F(550℃)溫度下具有熱穩定性，適合涂敷于高速鋼(HSS)刀具用于切削各種材料，包括鐵基材料、非合金和合金鋼及淬火鋼等。
碳氮化鈦(TiCN)，比氮化鈦具有更多碳，硬度更高(90HRC)，表面潤滑性更好(摩擦系數0.3)。該涂層也非常適合HSS切削刀具，具有更高的耐磨性，適合加工更難加工材料，諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼、銅、鎳鉻合金、鈦合金及有色金屬等。
氮化鋁鈦(TiAlN)，是一種高性能涂層，表面硬度超出80HRC。由于在刀具和切屑之間形成一層氧化鋁——將熱從刀具上轉移走，轉移到零件或切屑中——因此在高溫下依然保持其高硬度。其優越的耐氧化性在高溫加工中可以實現無與倫比的性能。由于硬質合金刀具在采用很少甚至不采用冷卻液的情況下，可以采用切削速度比HSS高很多，因此在給硬質合金刀具做涂層時，TiAlN為首選。TiAlN摩擦系數小于TiN，對加工耐磨和難加工材料諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼及鎳合金，其有優異性能。該涂層具有很高的延展性，是斷續切削操作的理想選擇。
氮化鈦鋁(AlTiN)，鋁的含最比TiAlN的高，具有更高表而硬度，具有氧化鋁層，在高溫加工中具有良好的刀具壽命，是高速加工的良好選擇。
硼化鈦(TiB2)涂層，比TiN及TiAlN涂層要硬，具有異常光滑的表面，因此表面磨擦低、切屑流速快、耐磨性好。此外，由于這種涂層對鋁具有很低的親和力，因此可以防止積屑瘤。推薦用于硅鋁、鈦、鎂及銅合金加工。
氮化鉻(CrN)，也稱虹涂層。高耐腐性，高硬度(90～92HRC)，磨損彈性和熱轉換性好，幾乎適合加工所有材料，包括高硅鋁、不銹鋼、高鎳合金、鈦和復合材料等。摩擦系數異常低，為0.027，其潤滑性超出TiN、TiCN、TiAlN及ZrN涂層。該涂層的防粘連性異常好，因此是容易產生積屑瘤的應用中的第一選擇。CrN涂層厚度為0.00065英寸(合0.01651mm)，可以確保加工工件保持所需要的公差。
金剛石涂層，用化學氣相沉積(CVD)工藝制作，對非鐵材料實現最高的加工性能。它們適合切削石墨、金屬基體復合材料(MMC)、高硅鋁及許多其他耐磨材料。金剛石涂層不得用于加工鋼，因為產生的熱將引起化學反應，破壞涂層與刀具基體之間的粘合。
用于硬加工的涂層
在低人力成本的全球競爭下，許多模具廠轉向硬銑加工。硬銑，結合高速加工(HSM)技術，加工高抗拉強度材料，而如采用高速鋼刀具則無法實現經濟加工。硬銑的門檻從拉伸強度超出1,800MPa或52HRC的材料開始。切削材料一般為微晶硬質合金、陶瓷金屬或立方氮化硼(CBN)，切削通常是采用壓縮空氣干式完成的。
為了保護硬質合金刀其基體不受硬加工產生的高溫影響，最好采用高性能TiAlN涂層。涂層結構(層次)以及成分是與特定應用相關的，如刀具幾何結構一樣。TiAlN涂層可以由單層、單組分層、多層多種涂層結構組成，諸如TiN與TiAlN涂層的交替層或非常薄的納米層等。單組分層涂層可以提高潤滑性，多層結構可以保證更高的耐熱性。
金剛石涂層解決復合材料加工難題
刀具幾何結構，材料和金剛石涂層在加工F-35群合攻擊戰斗機復合機翼表面材料中提高了刀具壽命。
一種用于F-35聯合攻擊戰斗機的高級復合機冀表面材料加工時易產生過度分層現象。國家國防制造和加工中心及其聯盟合作伙伴——Amamco刀具公司、金剛石刀具涂層、肯納金屬有限公司、McCullough Machine及MOT公司——開發了一種旨在改善特形銑刀幾何結構和材料及刀具涂層的解決方法。 #p#分頁標題#e#
選擇了由金剛石刀具涂層LLC生產的Diatiger多層金剛石涂層作為特形銑刀的涂層。獨特結構的金剛石晶體形成互鎖層．可以很好地防止由于機械沖擊而產生的磨損、塑變、粘附磨損以及切削刃損傷。Diatiger涂層推薦用于難加工有色金屬及復合材料的加工。
新的刀具策略大大提高了刀具的壽命。每個機翼表面所需刀具數最從原來的24把降低到2把——1把用于粗加工．1把用于精加工。切削距離增加了6倍——從原來的9英尺(約合2.74m)、總材料厚度的1/3英寸(合8.47mm)提高到57英寸(合1.448m)全材料厚度。這些改良使每架飛機可以節省8萬美金。
新型涂層材料新涂層工藝方法不斷出現，特別新型高硬涂層以及軟涂層材料將會使涂層刀具應用將越來越廣。
