【原】你必须知道的刀具涂层方法与镀层种类

刀具镀层也是能提高刀具寿命的议题之一，而根据不同的切削方法或环境，又能分为许多不同成分，在技术也能分为化学与物理，你目前使用的涂层是正确的吗？本篇将介绍涂层技术与种类，让你更了解并选出最适合的方式。

硬质合金刀具涂层方法

近半个世纪以来，为提升刀具性能刀具表面涂层技术已成为主流，镀层就像刀具的盔甲一样，具有强大的防护、耐酸、耐氧化抗磨耗等特性，能够提高刀具表面硬度与热稳定系数，并降低摩擦系数以提升切削速度，从而提高加工效率也提升刀具寿命。刀具涂层技术可分为CVD（化学）与PVD（物理）两大类：

CVD

CVD为化学气相沉积（chemical vapor deposition），利用生产纯度高与效能佳的固态材料化学技术，被广泛应用在硬质合金可转为刀具的表面处理，像是半导体产业会使用此技术来成长薄膜。CVD是将反应源以气体形式通入反应腔中，经由氧化、还原与基板反应进行化学的反应，进而生成物由内扩散作用而沉积至基板表面上。而反应过程中也有可能会产生不同的副产品，但大多会随著气流带走，并不会留在反应腔中。

PVD

PVD则为物理气相沉积（Physical vapor deposition），为工业制造的工业，主要藉由物理反应来沉积薄膜，即为真空镀膜（蒸镀），多用于切削工具与各种模具的表面处理，以及半导体装置的制作。PVD与CVD差别在于PVD的吸附与吸解是物理性，CVD则是化学性的，且PVD的适用范围较广泛，几乎大部分的材料薄膜都可用PVD，但薄膜厚度均匀性将会是个难题。

 镀层种类

光是依靠单一涂层是无法满足提高各种机械性能的要求，因此涂层的成分逐渐多元与复合化，针对不同的切削加工要求，可将涂层分得更为复杂，且在复合涂层中，各成分涂层的厚度也越来越薄，甚至趋于纳米化，以下分享几种常见的镀层：

PVD涂层种类	涂层特点	涂层硬度HV	涂层厚度μm	摩擦系数	耐热溫度	涂层顏色	应用范围
TiN	单层	2300	2-3	0.6	600	金黄	最为普遍 具有高硬度 高耐磨性  耐氧化性 适合大多切削刀具、成形模具与抗磨损工件
TiCN	单层	2800	2-3	0.3	500	棕灰	有较低的内应力 较高的韧性与润滑性能 适合要求较低的磨擦系数与高硬度的加工环境
TiAIN	单层	3100	2-3	0.3	750	紫蓝	化学稳定性好 高热硬度性 抗氧化 耐磨性 适合干切削
CrN	单层	1800	2-3	0.2	700	银灰	拥有强润滑性能 耐高温特性 适合铜类金属切削刀具与耐磨耐府零件的涂层
DLC	单层	2500	1-2	0.1-0.2	300	黑灰	优良耐磨、耐腐蚀性能 摩擦係数极低 基体结合力强 用于刀具 通常与TiAIN为基体配合使用 用以加工有色金属 石磨等材料

镀层的优势

相较之下，经过镀层的刀具的表面硬度较高、耐磨性佳、化学性能稳定、耐热且耐氧化等，在切削过程中会比未经过镀层的刀具高出3到5倍的寿命，并提升切削速度与精度，甚至能降低成本。韧性较佳的刀具经过镀层后，能使刀具有更全面、良好的综合性能。在硬度上就能把原本760至960HV的高速钢与1300HV至1850HV的硬质合金，提升至2000到3000HV以上，因此镀层对于刀具来说是非常重要的。

结论

刀具寿命一直是许多制造业非常关注的议题，不管是从切削过程去作探讨，还是透过其他方式去监测，都是期望能够尽早发现问题，并将成本降至最低，而镀层就是其中会影响刀具寿命的因素之一，针对不同的切削方式与工件材质，使用不同的镀层刀具，将有助于整个制程的优化，并将效益最佳化。