a TiN涂层 b 重磨后	图5 K类硬质合金的硬度和强度
图4 K40UF与P40刀具耐用度比较
图6 用超细颗粒硬质合金制造的曲轴油孔钻	图7 梯度硬质合金K40UF金相结构

细颗粒硬质合金的另一个优点是刀具的刃口锋利，适合加工那些很粘的工件材料。高的强度和锋利的刃口，即使在加工条件恶劣的场合也可取代高速钢刀具，从而使硬质合金刀具的应用范围更加广泛。

尽管用纳米级细颗粒制造的硬质金硬度和强度都达到了最高值，但价格太贵。于是开发了一种芯部韧、表面硬的梯度性能硬质合金材料(图7)。目前这种材料还只能用粗颗粒硬质合金制造。这样连续的(无级的)梯度结构材料很适合制造刃口圆弧不变的刀具(如立铣刀、铰刀)。

对于有端刃的刀具，如钻头、锥铣刀等，其横刃磨损很快，对此，电脉沉积能够带来突破。该项技术能够以很小的变化率改变涂层的韧性和硬度的比例，它可将梯度性能的颗粒沉积到刀具任意形状的表面上。当能沉积致密的金刚石涂层时，焊接式的金刚石刀具，由于其价格昂贵、不利环保、以及在复杂外形上焊接质量不稳定等弊端，将会被淘汰。

多层涂层和纳米级涂层能取代TiN吗?

在各种涂层中，TiN涂层占主导地位，而最新的涂层研究探索将刀具涂层的三个最重要的优点合在一起。

以TiN为底层构筑多层涂层，可保证涂层的最佳性能。这种涂层的生产效率也不低，因为刻蚀和涂层工序可部分地同时进行。在TiN底层上沉积的TiAlN和TiN多层结构对裂缝的吸收有最好的效果。在多层结构中，层与层之间的变化越大则使裂缝改变走向的效果越好，因而增加了裂缝向基体扩展的路程。

目前，多涂层的表层一般都是TiAlN，因为TiAlN的导热率最低。此外，由于TiAlN表层生成的氧化物为刚玉，它比由TiN表层生成的氧化物强度高。

多层涂层必须采用曾被否定的多弧工艺，多弧工艺的生产率不成问题，问题是涂层中所存在的大颗粒，这些大颗粒会阻碍切屑的流动，因此不适于涂复深孔加工刀具。

为了定量地评价这种颗粒的影响，引入了涂层滑动系数的概念，以反映涂层中颗粒的影响程度。方法是对钻削时所测得的进给力进行分析，用相应的钻削深度来表示。通过对刻蚀工艺的改进和利用较小颗粒的多层结构，可极大地改善多弧涂层的滑动性能。同时，还可通过自抛光效应提高涂层的滑动性能。在解决了多弧涂层存在的颗粒问题以后，多层涂层比通常的TiN涂层可大大提高加工效率。

纳米级涂层使刀具的硬度和耐磨性进一步提高，因此，有可能在将来放弃使用焊接式CBN、PCD刀具。纳米级涂层的技术已经掌握，即控制放电的时间与被涂刀具的旋转速度，使两者精确同步。但纳米级涂层的实用性还局限于批量涂复相同几何形状的刀具。

那些独立运行的涂层公司，通常要同时处理不同的工件，因此还不能涂纳米级。对这些公司来讲，当前最重要的是开发有实用价值的退涂技术。目前很多涂层公司还不掌握退涂和细化颗粒的技术。因此，在今后相当长的一段时间内，其主要业务还是简单的重涂。

一种更有发展前途的涂层工艺是离子注入(PII)，其原理是通过金属离子的轰击强化晶格，使硬度提高而不改变刀具的尺寸，这对精加工刀具很有利。把现有工艺与离子注入相结合能够产生新型涂层，那就是首先应用离子注入在基体上生成作为后面常规涂层的"根"，这样可达到最佳的涂层性能。