經(jīng)過多年的發(fā)展，刀具涂層技術(shù)呈現(xiàn)多樣化和系列化特點(diǎn)，刀具涂層可從不同角度進(jìn)行分類。
1)根據(jù)涂層材料的性質(zhì)不同分。刀具涂層可分為“硬”涂層、“超硬”涂層和“軟”涂層等類型，并可進(jìn)行不同組合，如硬/硬組合、硬/軟組合、軟/軟組合、具有潤滑性能的軟/軟組合等。硬質(zhì)膜為傳統(tǒng)概念的單層膜、復(fù)合膜、多層膜等，如普遍采用的 TiN、TiC、TiAlN等，其顯微硬度通常為20~40GPa;潤滑膜的顯微硬度為10GPa左右，而超硬膜則定義為顯微硬度大于40GPa。
2)根據(jù)涂層工藝方法不同分。可分為化學(xué)氣相沉積 CVD與物理氣相沉積 PVD 涂層。
3)根據(jù)涂層刀具基體材料不同分。有硬質(zhì)合金基體涂層、高速工具鋼基體涂層金屬陶瓷基體涂層、陶瓷基體涂層等。
4)按涂層結(jié)構(gòu)不同分。有單涂層、多涂層(帶中間過渡層)、納米涂層(納米結(jié)品、納米沉厚、納米結(jié)構(gòu)涂層)、梯度涂層、超硬涂層、硬/軟復(fù)合涂層等。
5)按涂層的硬質(zhì)材料成分不同分。有TiC、TiN、TiAlCN、Al2O3、AlCrN、TiCN、AlTiN、TiSiN、CrSiN、TiBN、類金剛石碳涂層(DLC)、非金屬化合物超硬涂層(金剛石薄膜涂層、CBN、C3N4、Si3N4、B4C、SiC)等及各種成分的組合多層涂層。
刀具涂層有軟、硬之分，硬質(zhì)涂層是指以追求高的硬度和耐磨性為目標(biāo)的涂層，其特點(diǎn)是硬度高、耐磨性好。硬質(zhì)涂層能夠較好地滿足切削加工過程中高溫、大切削力和摩擦磨損嚴(yán)重的需要。軟質(zhì)涂層是針對不適合或不需硬質(zhì)涂層的加工而設(shè)計(jì)的，旨在通過刀具表面涂鍍一層潤滑性能較好的固態(tài)物質(zhì)(主要為硫族化合物)使刀具表面具有較好的潤滑功能。
(1)硬質(zhì)涂層材料與涂層方法 下表所示為金屬切削加工刀具常用的硬質(zhì)涂層材料及涂層方法。
(2)軟質(zhì)涂層材料硬質(zhì)涂層是早期涂層技術(shù)研究追求的主要目標(biāo)，然而，并非所有材料都適于采用硬涂層刀具加工，如航空航天工業(yè)使用的許多高強(qiáng)度鋁合金、鈦合金或貴金屬材料等都不適合用硬質(zhì)涂層刀具加工，刀具軟涂層的開發(fā)則可較好地解決此類材料的加工問題。刀具軟涂層的主要成分為硫族化合物，如MoS2、WS2、TaS2等。
(3)刀具涂層材料的種類與性能刀具硬質(zhì)涂層材料主要是一些具有高硬度的耐磨化合物，其具有以下特點(diǎn):
1)高的室溫和高溫硬度。
2)良好的化學(xué)穩(wěn)定性與基體材料粘接牢固。
3)擁有滲透性，無氣孔。
4)良好的工藝性和低的成本。
常用的硬質(zhì)涂層材料有碳化物、氮化物、氧化物、硼化物、碳氮化物等。近年來還發(fā)展了聚品金剛石和立方氮化硼涂層。
(4)金屬切削刀具常用涂層簡介雖然涂層的種類較多，但切削加工刀具的涂層主要集中在以下幾種。
TiC是一種高硬度的耐磨化合物，是最早出現(xiàn)的涂層物質(zhì)，也是目前應(yīng)用最多的一種涂層材料之一，有良好的抗后刀面磨損和抗月牙洼磨損能力。同時(shí)由于它與基體的附著牢固，在制備多層耐磨涂層時(shí)，常將TiC作為與基體接觸的底層膜。TiC的硬度比TiN高，抗磨損性能好，對于產(chǎn)生劇烈磨損的材料，用TiC涂層較好。TiN涂層是繼TiC涂層以后采用非常廣泛的一種涂層，是TiC涂層的激烈競爭者TiN的硬度稍低，但它與金屬的親和力小，潤濕性能好，在空氣中抗氧化能力比TiC好，在容易產(chǎn)生粘接時(shí)TiN涂層較好。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家TiN涂層高速工具鋼刀具的使用率已占高速工具鋼刀具的50%~70%，有的不可重磨的復(fù)雜刀具的使用率已超過90%。TiN涂層的抗氧化性較差，使用溫度達(dá)500℃，涂層就出現(xiàn)明顯氧化而被燒蝕。
Al2O3涂層具有良好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性和高的抗氧化性，因此，在高溫的場合下以 Al2O3涂層為好。Al2O3涂層在高溫下能保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，但由于氧化鋁與基體材料的物理化學(xué)性能相差太大，單一氧化鋁涂層無法制成理想的涂層刀具。
TiCN和TiAlN屬于復(fù)合化合涂層材料，他們的出現(xiàn)使涂層刀具的性能上了一個(gè)臺階。TiCN是在單一的TiC中，氮原子占據(jù)原來碳原子在點(diǎn)陣中的位置而形成的復(fù)合化合物，具有TiC和TiN的綜合性能，其硬度(特別是高溫硬度)高于TiC和TiN，將TiCN 設(shè)置為涂層刀具的主耐磨層，可顯著提高刀具的壽命。因此，TiCN是一種較為理想的刀具涂層材料。TiAlN是TiN和Al2O3的復(fù)合化合物，其即具有TiN的硬度和耐磨性，同時(shí)在切削過程中氧化生成Al2O3，形成一層硬質(zhì)性保護(hù)膜，起到抗氧化和耐擴(kuò)散磨損的作用。加工高速工具鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金時(shí)比 TiN 涂層刀具壽命提高3~4倍，高速切削時(shí)，切削效果明顯優(yōu)于TiN和TiC涂層刀具。TiAlN涂層刀具特別適合于加工耐磨材料，如灰鑄鐵、硅鋁合金等。
(5)涂層方式與涂層厚度 最早出現(xiàn)的涂層方式是單涂層，近年來更多的涂層方式得到了發(fā)展，包括多涂層、梯度涂層、軟/硬復(fù)合涂層、納米涂層和超硬薄膜涂層等其能得到更好的綜合性能。涂層厚度一般為5~6μm，涂層太薄，則耐磨性能差，不能有效地保護(hù)基體;涂層太厚，則材料強(qiáng)度降低。對于涂層刀片，涂層度增加，涂層刀片的硬度增加，刀片的耐磨性能也相應(yīng)增加。但在某一涂層厚度以后，由于刀片的韌性下降，因此，從刀片的壽命出發(fā)，應(yīng)有一適宜的涂層厚度。