各種新型刀具涂層正在不斷流行，其特點是針對特定加工需求，采用多層涂層和新的涂層材料，使加工性能最優化。

       位于紐約阿默斯特的表面工程涂層協會（SECA）主席、Teeter咨詢公司執行董事Fred Teeter表示，“任何存在磨損的地方都可以考慮采用薄膜陶瓷涂層。”盡管涂層在耐磨零件（如渦輪發動機零件）上的應用在不斷增長，但涂層在切削刀具上的應用仍然占了絕大部分。涂層的確也證明了自身的價值，根據SECA的統計，與非涂層刀具相比，涂層刀具的壽命可以提高2－10倍。最高工作溫度和硬度不斷提高的新涂層還在不斷涌現，涂層的一些特定性能（如耐磨性、韌性等）也在不斷改進。

       幾十年前，氮化鈦（TiN）涂層曾經是薄膜涂層的首選，雖然這種大家熟悉的金黃色涂層如今還被經常使用，但各種新型涂層早已層出不窮。多層涂層的組合應用可以實現性能的均衡化，這是單層涂層難以做到的。隨著新型薄膜涂層的不斷涌現，現在，許多工程師可能面臨的問題是可供選擇的涂層種類太多（而不是太少）。

       加拿大Eifeler涂層服務公司總經理Mahesh Sukumaran指出，“在過去5－10年里，制備時間的縮短使涂層成本大幅降低。此外，使用多層涂層可以充分發揮不同涂層各自的優勢，從而降低對潤滑劑的需求。”在評價刀具涂層的總體發展趨勢時，他解釋說，目前仍有許多用戶向他咨詢TiN涂層的情況，他們不清楚現在已有許多新的涂層可供選擇。Eifeler公司可以提供9種不同的PVD涂層產品（圖1），其中既有標準的TiN涂層，也包括ZrN、TiCN和AlTiSiN涂層。ExxtralPlus是最受歡迎的涂層之一，這是一種由AlTiN＋AlTiCrN組成的多層涂層，適合用于硬質合金立銑刀，能以半干切削或干切削方式高速加工淬硬鋼。該涂層的耐熱閾值可達800℃，維氏硬度為HV3500±500。Sukumaran指出，涂層技術面臨的主要挑戰是提高某些涂層的粘附性能以及進一步減小涂層厚度。一般的涂層并不具有潤滑性，而我們的多層涂層集潤滑性與耐磨性于一身，可以減小刀具與工件之間的摩擦，從而能減少或取消潤滑液的使用，同時還能獲得更好的切屑流。

       刀具涂層一個值得注意的發展趨勢是其應用正變得日趨專用化。涂層和表面技術供應商歐瑞康巴爾查斯（Oerlikon Balzers）公司經理Christopher Halter也注意到了這一點。該公司目前可以提供24種不同的涂層產品，其中的Balinit Alcrona是一種AlCrN涂層，是該公司開發的最后一個通用型涂層牌號。Halter指出，多種新的專用型涂層（如用于銑削加工硬度超過HRC50的淬硬工具鋼的Balinit Aldura涂層）代表了未來的發展趨勢。另一種AlCr基涂層Balinit Helica則是為麻花鉆專門設計的。Balinit Aldura牌號是在起支承作用的TiAlN涂層上再沉積一層AlCrN基功能涂層。TiAlN層可以確保良好的粘附性和機械強度，而AlCrN層可以提供優異的熱硬性和抗氧化性能（高達1100℃），并將刀具與切削熱隔離開來。

       歐瑞康巴爾查斯公司已經開發出一種將會引起刀具工程師極大興趣的涂層新技術——P3e（脈沖增強電子發射技術）。

       利用該技術，第一次可以用PVD工藝制備出具有高硬度以及良好熱穩定性和化學穩定性的Al2O3基涂層，由于沉積溫度低于600℃，采用細顆粒硬質合金基體的刀具也能進行涂層且不會變形。P3e技術首次應用于歐瑞康巴爾查斯公司的“X3turn”涂層牌號上，該涂層用于車削加工時獲得了很好的試驗結果。在干切削條件下，X3turn的性能與常規的CVD涂層刀片牌號不相上下。在斷續切削和使用冷卻液的加工中使用該涂層也可以獲得非常不錯的效果?，F在，所有的細顆粒和超細顆粒硬質合金基體都可以在低于600℃的沉積溫度下涂覆α-Al2O3基涂層，且沉積工藝的熱力學性能非常穩定，不會使刀具發生變形。Halter期望，新的P3e技術能開辟新的應用領域，并提高使用車削和銑削刀片用戶的生產率。

       瑞士Platit公司是一家向刀具企業出售涂層設備的公司，在涂層技術方面積累了大量經驗。Platit公司開發和生產的PVD涂層設備采用了多項專利技術，不僅可進行常規涂層、納米涂層和梯度涂層，而且還可用于納米復合涂層。納米涂層實際上只是一種更薄的多層涂層，其每層的厚度還不到20nm，涂層的硬度取決于交替涂覆的涂層總厚度，涂層的層數可達數百層。

       納米復合涂層是由典型涂層（如TiAlN）嵌入Si3N4非晶態基體所構成的，所形成的納米復合結構可以改善涂層的硬度和潤滑性能，并提高涂層的最高工作溫度。Platit公司還生產擁有專利的三層涂層，它由一層粘結層、一層中間層（單一結構或梯度結構）和一層納米復合頂層所組成，具有卓越的抗摩擦性能和韌性。例如，nACo3三層涂層是以TiN為底層，AlTiN為中間層，nACo納米復合涂層為頂層。而nACo本身就是TiAlN嵌入Si3N4M非晶基體所構成的納米復合涂層。根據Platit公司提供的數據，該涂層硬度高達38–45GPa，最高工作溫度達到1200°C。

       該公司的涂層設備采用傳統的磁控陰極電弧原理（ARC）以及側面旋轉陰極（LARC）和中心旋轉陰極（CERC）專利技術。該公司可供應29種不同的涂層，涂層設備的標準配置可涂覆三種“基礎”涂層（即TiN、TiCN和TiAlN）。該公司稱，這三種涂層目前占到世界涂層市場的80%以上。該公司提供的其它涂層是為一些特殊應用而設計的，包括17種可選涂層、6種納米涂層和3種專用的三層涂層。

       Niagara Cutter公司總裁兼首席執行官Sherwood Bollier指出，刀具設計的三大技術包括基體材料、涂層和刀具幾何形狀。他認為，盡管新的涂層可以改善刀具性能，但如果沒有對整個刀具進行優化，就不一定能達到改善刀具性能目的。

       Bollier指出，“獲得一種具有新的顏色、較高的硬度和最高工作溫度的新涂層是比較容易的，然而真正重要的是刀具的性能。對于新的涂層，我們通過檢測刀具性能并根據加工需要進行調整。我們發現，一旦為某種刀具材料和切削刃形選定涂層后，刀具刃口的制備非常重要。”Niagara刀具公司專攻圓形刀具（如立銑刀）以及（通過其微型立銑刀分公司）用于加工醫療和電子器件的微型立銑刀。適當的刃口制備取決于所用的涂層和所切削的材料，切削鋁材效果很好的切削刃可能在切削鑄鐵時表現不佳。他還認為，涂后的二次處理（如涂層拋光）與正確的刀具設計和刃口制備同樣重要。

       Bollier解釋說，“盡管涂層使切削刃保持鋒利，但刃口可能過于鋒利。

       未涂層的切削刃在最初的少量切削后會有微小磨損，有利于‘穩定’刀具和消除振顫，采用正確的切削刃制備方法對刀具進行預處理，就是模擬未涂層刀具在初次切削時的‘穩定’過程。”

       Bollier表示，“我們有幾種性能非常不錯的新涂層，但它們適用于特定的加工。”例如，巴爾查斯公司推薦的一種稱為Alcrona的AlCrN新涂層已被證明適用于齒輪滾刀，似乎很自然地也可以推廣應用于立銑刀。“我們必須努力工作，使Alcrona涂層為我所用。它確實適合用于刀具的刃口制備。一旦我們進行了足夠的試驗和檢測，我們就可將Alcrona涂層擴展應用于我們的加工中。”Niagara公司宣稱，在一個特定的切削試驗中，在切削速度和進給量提高35%的情況下，該涂層可使用戶的刀具壽命提高一倍。Alcrona涂層銑刀的切削刃經過150次往復切削（在牧野S58銑床上銑削硬度HRC30的4340材料，切削速度1100fpm，進給量176ipm），基本未產生積屑瘤。

       山特維克可樂滿（Sandvik Coromant）公司擁有一支分布廣泛的涂層工程技術團隊。雖然該公司可將其刀具涂層工作外包，但它認為，自身擁有涂層技術和能力非常重要。山特維克公司負責管理刀具牌號的全球經理MargaretaPalsson認為，一個完整的切削解決方案來源于涂層與合適的基體、幾何形狀和刃口制備的合理匹配。她說，“每一種加工的要求都有細微的差別，而這種差別可以轉化為生產率的顯著不同。我們致力于細致地調整生產工藝，以滿足這些加工要求。”

       山特維克每年要開發6－8種新的刀具牌號，一部分是為新的加工需求所開發，另一些是對已有涂層的改進。該公司認為，在為刀具匹配涂層時，應該進行全面的切削試驗，為此，該公司每年要對25000個切削刃進行切削試驗，產生的切屑重達45噸。

       例如，今年山特維克推出了用于鋼件車削的GC4205牌號，該牌號采用TiCN/Al203中溫CVD涂層，設計用于在切削刃溫度高達1200℃以上的條件下，以很高的金屬切除率穩定地加工鋼件。

       由于需要在數百種切削刀片中進行選擇，山特維克可樂滿認識到過多的信息使用戶負擔過重的問題，為此，山特維克采用了一種稱為CoroKey的方式，可使工程師基于其特定的需求，減少選擇刀具的工作量。用戶選定工件材料種類、加工類型、加工條件和切削數據后，CoroKey就可以幫助他們選擇適用的切削刀片。雖然涂層對于每把刀具都是很重要的要素，CoroKey通過使工件材料和加工方式與推薦的切削深度、進給量和切削速度相互匹配，幫助工程師選擇正確的刀具。

       Palsson確信，未來的加工將需要大量的刀具性能研究，包括為新的航空航天鈦合金、復合材料、粉末冶金材料以及用于汽車發動機缸體的蠕墨鑄鐵的加工開發刀具及其涂層。“在這些加工中，原子結構、金屬比例、表面光潔度、切削刃制備以及晶體排列方向的細微差別都將造成生產能力的很大不同。”Palsso說。

       山高刀具公司（Seco Tools）車削產品經理Don Graham表示，為了開發名為Dur Atomic的新工藝和新涂層，山高刀具正對涂層的晶體結構進行研究。通過使CVD－Al2O3涂層的晶體定向傾斜，可使涂層在切削時硬度更高、韌性更好。

       他解釋說，“我們在原子尺度上進行晶體定向，既增加了切削刀片的韌性，也增加了其耐磨性，而這二者通常是相互對立的。使每個晶粒傾斜哪怕很小的角度，也能充分增強其韌性。DurAtomic涂層采用TiCN作為底層，新的Al2O3作為頂層。較早推出的牌號（如Seco的TP000系列）采用了附加的TiN作為頂層，而現在已不再需要，因為Al2O3已具有足夠的強度和表面光潔度。

       TP2500是山高利用Dur Atomic技術開發的第一個用于車削加工的涂層牌號，在廣泛用于各種鋼件加工時，可提供更好的耐磨性和韌性。此外，TP2500還可以優化不銹鋼和鑄鐵的加工，有效地加工從K10到M40的材料。通過80多項現場切削試驗，證明TP2500適用于各種材料的粗加工、表面加工和精加工?，F場試驗表明，采用TP2500涂層還可以減少切削刃積屑瘤，與通常采用的涂層刀具相比，TP2500可提高生產效率25%，延長刀具壽命40%。同時，測得的涂層硬度提高了11%，新的TP2500涂層還可使刀具溫度降低3%－4%。

       伊斯卡公司（IscarMetals Inc.）為其精密硬質合金刀具（包括銑削刀具、孔加工刀具、車削刀具和切斷刀具）開發了一種新的SumoTec涂層技術（既可用于CVD也可用于PVD），SumoTec涂層技術是建立在該公司原有的ALTecPVD和Alpha-TecCVD涂層技術的基礎之上。伊斯卡公司全國培訓主管Mike Gadzinski說，“刀具最常見的失效機理是崩刃，因此我們特別采用了三層涂層：TiCN作為底層、Al2O3或AlTiN作為中間層，TiN薄膜作為頂層。TiCN可改善刀具耐磨性以防止崩刃，中間層則提供了熱屏障。為了改進這種基礎涂層，伊斯卡采用了專有的后處理工藝，以產生既耐熱又抗崩刃的光滑表面。在針對較早產品的切削試驗中，刀具壽命都有15%－80%的提高。”