B4C/W、SiC/Al、SiC/W、SiC/Ti 等。(3)软/软组合：金属/金属组合，如 Ni/Cu 等。(4)具有润滑
性能的软/软组合：固体润滑剂/金属组合，如 MoS2/Mo、WS2/W、TaS2/Ta、MoS2/Al-MO 等。
这些复合涂层每层由两种材料组合而成，厚度仅为几纳米。根据切削性能需要及涂层性质，
可交互叠加涂覆上百层，总厚度可达 2～5µm   

。

    硬/硬复合涂层材料常用 B4C/SiC、HfC/SiC 和 HfC/B4C，这种表面涂层可为刀具提供高
温氧化保护。此外，在切削加工中发现，碳化物/金属复合涂层处会产生定向金属氧化。当
TiAlN 中的 Al 氧化生成氧化铝时，可改善 TiN 涂层的性能，使其导热系数减小，抗氧化
扩散的保护能力提高。Al 与硬度更高(与 TiN 相比)的 B4C、HfC、SiC 等碳化物组成复合涂层，
可更进一步提高涂层性能。此外，具有较小摩擦系数的氧化物膜可减少刀具与工件界面处
产生的切削热。能形成这种低摩擦系数的氧化物保护膜的金属有 Al、Ta、Mo 和 W。例如在
陶瓷表面离子注入混合的 Ti 和 Ni 而形成的表面具有极小的摩擦系数(0.06～0.09)；由 Zr
的氧化物形成的氧化锆表面摩擦系数更小，且具有优异的抗热及散热性能。层状结晶的二
硫化物也具有较小的摩擦系数，如二硫化钼(MoS2)是常用的固体润滑剂，但它在空气中
加 热 到 350 ～ 400℃ 时 即 显 著 氧 化 ， 如 将 MoS2 与 耐 热 金 属 Mo 组 合 成 复 合 涂 层
MoS2/Mo，则其耐热能力可明显提高。其它一些耐热金属的二硫化物(如 WS2、TaS2)在空
气中比 MoS2 具有更好的稳定性，如 WS2 在 600～650℃时才氧化，而 TaS2 在空气中加
热到 750℃时仍保持稳定。因此，由耐热金属的二硫化物与耐热金属组合的复合涂层 (如
WS2/W 和 TaS2/Ta)

  

具有优异的抗高温性能。

    2. 

  

涂覆工艺原理

    纳米涂层的涂覆可采用先进的封闭场不平衡磁溅射法 (CFUMS)。该方法与普通磁溅射
法相比，具有效率高、功率消耗小、溅射室压力小、温度低、靶到工件距离大等优点，获得
的涂层更纯净、更致密、性能更一致。此外，试验证明，CFUMS 法生产重复性好，涂层具

  

有更高的粘结强度，摩擦系数恒定，因而在干切削中具有更长的使用寿命。

    磁源(靶)置于真空室内壁上，被涂刀具置于转鼓上，将氩气通入真空室中。根据涂层材
料是非导体(如陶瓷氧化物)或导体(如金属)，分别用 RF 和 DC 电源进行磁化产生等离子。
当沉积多层薄膜时需要两种不同材料的等离子体，这时则可采用两个靶，当转鼓转一整
转，即可沉积一层双材料层。根据涂层所需层厚，可确定所需双材料层的层数，从而确定
转鼓转动转数。每一层涂层的层厚则可通过每个靶的功率、转鼓的转速以及靶材料的溅射

  

特性来控制。

    获得的涂层质量可通过多种方法进行检查。常用的方法是用针式轮廓测量仪测量涂层
总厚度；用 x 射线衍射法测量单层涂层或双材料层的厚度；用纳米硬度测量法测量涂层

  

硬度。还可采用光学显微镜、扫描电镜或射线电子显微镜测量涂层的微观形貌。

    1. 

  

切削试验

    有人采用 CFUMS 涂覆工艺在硬质合金刀具和 HSS 钻头上涂覆 B4C/W 多层纳米涂层
(100 层双材料层，每层厚度 B4C 为 13Å，W 为 18Å)，然后分别采用未涂层刀具、普通单
涂层(TiAlN)刀具、三涂层(TiC/TiCN/TiN 和 TiC/Al2O3/TiN)刀具和 B4C/W 多层纳米涂层刀
具在 105m/min 的切削速度下对中碳钢进行了干切削对比试验。试验结果表明，纳米涂层