傳統(tǒng)工業(yè)金屬材料的表面優(yōu)化處理方法主要包括滲碳、滲氮、碳氮共滲等表面化學熱處理方法，這些方法雖然可以通過改變金屬材料表面的成份和組織，從而改善材料表面的機械性能，這些基于常規(guī)熱擴散原理，往往處理溫度較高，處理時間很長、能耗大，金屬基底容易軟化，不能作為最終熱處理，而且效率很低。
上世紀中期開發(fā)的工具鍍層主要著眼于提高鍍層的耐磨性，往往將硬度作為一個最主要性能指標。應用比較廣泛的刀具鍍層主要有Ti基Cr基鍍層，最典型的鍍層有TiC、TiN、
CrTiAlN等鍍層。
Ti基鍍層以TiN為主，通過添加其它元素進一步改善鍍層性能。TiN鍍層是國內外刀具鍍層研究最為成熟的代表之一，也是一種最為常用的硬質鍍層。TiN鍍層憑借其硬度高、摩擦系數(shù)低，而且紅硬性好，韌性、高溫抗氧化性也不錯的優(yōu)勢而被廣泛地應用到許多領域，其中最典型的應用就是切削刀具和仿金裝飾鍍層。在高速切削的條件下，TiN鍍層的硬度、抗氧化、摩擦系數(shù)等性能仍然滿足不了使用要求。TiC鍍層硬度比TiN更高，但其脆性比較大，在使用過程中容易崩落。
在新型鍍層的研發(fā)歷程中，TiN和TiC通常被認為是第一代硬質鍍層。應用和研究發(fā)現(xiàn)，TiN鍍層的性能可以通過TiN與其他氮化物、碳化物、硼化物進行混合和復合，以及用其他金屬元素部分或全部取代TiN中的Ti而得到改善，其中最為典型的兩種鍍層是Ti(C，N)和(Ti，A1)N，這些鍍層又被譽為第二代硬質鍍層。氮碳化鈦Ti(C，N)被認為是TiN和
TiC的固溶體，硬度高于TiC和TiN，具有較低的摩擦系數(shù)和磨損率，具有TiC和TiN的綜合性能，兼有兩者的特性和優(yōu)點，可以進一步提高切削刀具的生產效率和使用壽命，是一種
較理想的刀具鍍層材料。Ti(C，N)鍍層刀具性能的改善歸因于Ti(C，N)和硬質合金刀具優(yōu)異的結合力，但Ti.C-N的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能不如TiN和TiC。如今，Ti(C，N)鍍層己廣泛用于切削工具、鉆頭、模具等機械、汽車制造和航天航空等領域。
隨著復合鍍層的進一步開發(fā)，人們仍以TiN為基本組元，采用其他金屬元素，包括A1、Zr、Ta等替代或部分替代Ti；與N對應的元素則加入C成為C、N化合物，進而形成三元、
四元甚至多元鍍層，以實現(xiàn)提高鍍層的性能的目的，常見的鍍層除了Ti—C-N之外，還有Ti．B-N、Ti．A1．N鍍層等"·引。用多組元技術來改善PVD鍍層的性能，以適應不同需要成為PVD技術發(fā)展方向之一。
含Cr元素的鍍層常被用于高溫下需要有好的抗腐蝕性能和高硬度的應用領域，與已經廣泛應用的TiN鍍層相比，Cr基鍍層與鐵襯底有更好的結合強度。如NCr-N系列鍍層，因具有較好的膜基結合、良好的化學穩(wěn)定性和抗腐蝕性的優(yōu)點，被作為耐磨鍍層用于工具和切削刀具的表面強化，在表面防腐和裝飾業(yè)也有一定的應用。另外，’在PVD方法制備鍍層
的過程中，Cr原子的濺射產額比Ti原子的濺射產額高，使得Cr-N系列鍍層具有比T．N高的制備效率，有利于大批量的工業(yè)生產，Cr基鍍層被視為一種具有發(fā)展?jié)摿Φ牡毒咤儗印?/p>
實踐中，在提高鍍層硬度的同時往往脆性增大，然而某些受沖擊的加工條件對切削刀具韌性要求高，單純提高硬度不能滿足使用要求。操作中往往通過制作多層膜的方法來改善鍍層韌性，或增加過渡層、滲或注入層等措施提高鍍層膜基結合力。Holleck等[把多層鍍層分為三類：一類是低單層數(shù)的鍍層，如TiN／TiC／TiN多層，TiC／(Ti，A1)N多層，
TiN／TiCN／TiC多層，因工藝相對容易，目前絕大多數(shù)多層鍍層屬于此類；第二類是由兩種不同鍍層組成的高層數(shù)鍍層，如TiC／TiB2多層；第三類是超點陣鍍層，由化學鍵和原子半徑及點陣常數(shù)相近的鍍層組成的高層數(shù)鍍層，一般周期厚度為5．25nm。最早的超點陣結構鍍層是TiNⅣN和TiN烈bN，這種結構的鍍層較同種材料組成的勻質鍍層具有更高的硬度和韌性。 Herranentl認為：多層結構鍍層中增加了大量的界面并減小了晶粒尺寸，便于晶粒尺寸和結構的調整，降低殘余應力，有利于提高鍍層的結合強度，優(yōu)化鍍層的硬度和韌性比，實現(xiàn)鍍層的多功能性能。
相關鏈接
