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模具、刀具涂层的作用：
1.加耐磨性；
2.提高抗氧化性能；
3.减小摩擦；
4.提高抗金属疲劳性能；
5.增加抗热冲击性。
当按照设计要求正确使用恰当的刀具涂层时，最终用户就能达到提高切削参数、延长刀具寿命的目的，并有可能实现干式切削加工。
涂层方法
有两种主要的刀具涂层方法：CVD（化学气相沉积）法和PVD（物理气相沉积）法。每种方法都有自身的优势和劣势。
CVD涂层是最早出现、也是最常见的涂层方法，已经沿用多年。CVD法是在一个化学反应容器内加热基体，并将基体暴露于气流之中。这些气体在被加热的基体表面分解，形成一层涂层。一般而言，CVD涂层需要的温度约为1，000℃左右。
一种常见的CVD涂层是采用三种气体——四氯化钛（TiCl4）、氢气（H2）和氮气（N2）——来产生氮化钛（TiN）+氯化氢（HCl）。HCl是该工艺的二次产物，必须按照严格的环保法规进行处理。
CVD法的优势包括极佳的涂层粘附性，以及涂层分布的均匀性。CVD法的缺点是：涂层时的高温会对基体产生不利影响，适用的涂层材料不多（因为涂层材料是以气态形式提供的），以及工艺循环时间长。
PVD涂层是一种相对较新的刀具涂层方法，在刀具行业正变得日益流行。PVD法是在真空环境中，将涂层材料从材料源（靶材）经过传送空间转移到基体上。该方法采用加热或电源供能的方式，将涂层材料气化，然后使气化的材料附着在基体上。
PVD法的优势是适用的涂层材料范围较广，工艺温度相对较低（450℃左右），允许对锋利的切削刃进行涂层。该方法的缺点是：内表面涂层比较困难（涂层时，要求从涂层材料到基体必须处在一条直线上），对基体表面要求较高。
硬质材料涂层
大部分硬质材料（涂层也是一种硬质材料）都是由一种金属和一种非金属构成。例如，一些常见的硬质涂层包括氮化钛（TiN）、氮碳化钛（TiCN）、氮铝钛（TiAlN）、氮钛铝（AlTiN）和氮铬铝（AlCrN）。元素周期表显示了有可能成为候选涂层材料的金属和非金属元素。
在涂层过程中，体积较小的非金属元素——涂覆TiN时为氮（N）——嵌入到金属钛（Ti）的晶格空缺中。当沉积TiCN时，则由碳（C）部分取代了一些氮（N）。按照同样的原理，也可以确定沉积其他涂层所需要的金属和非金属元素。
这是PVD工艺的优势之一。由于金属材料在PVD涂层炉中为固态（而CVD工艺则需要引入气态金属），因此，几乎任何金属都可以用于PVD涂层。当然，并不是所有金属都对改善刀具性能有益，但它们都能用于涂层。
主要的涂层工艺
PVD法有两种主要的工艺，可用于在不同的基体上进行涂层：一种是电弧法（电弧放电）；另一种是溅射法（阴极溅射）。这两种方法都有一个额外的优点：涂层炉比较容易建造。
电弧法是通过电源的放电（很像是一道闪电）击中涂层材料，并将这种材料由固体转换为液体，再转换为气体状态。该工艺的优点是沉积率高（相对于溅射法而言）。但是，由于涂层材料处于三种形态（固态、液态和气态），因此有可能会产生一些液滴（微小的液体颗粒）。这些液滴不会转换为气态。
溅射法是采用一个加热源，将固体涂层材料直接转换为气体状态。由于涂层材料跳过了液化阶段，因此不会产生液滴。但是，由于该工艺沉积率较低（相对于电弧法），因此生产周期较长。
涂层的结构
经过多年的发展，涂层的结构已经发生了许多变化，有了很大的改进。在涂层技术中，通常有以下五种不同的结构：
（1）单层结构
顾名思义，这种结构只有一层涂层。当我们在显微镜下观察这种结构时，可以看见一些长柱形涂层结构。这种涂层很容易涂覆，但也很容易产生裂纹和破损。想象一下，当一个球击中一束柱体时，这些柱体就会开始倒下，而裂纹轻易就能贯穿涂层，到达基体。
（2）多层结构
多层结构是由许多不同的单层结构彼此重叠在一起构成的。表面花纹钢就是历史上此类结构的一个例子。多层结构涂层可将几种涂层材料的特性结合在一起，形成韧性与硬度俱佳的表面。
（3）纳米多层结构
纳米多层结构与多层结构本质上相同，但其层厚却要薄得多：涂层厚度仅为原子级水平。
（4）纳米复合涂层结构
纳米复合涂层采用了与硬质合金刀具类似的技术。这种纳米结构将粘结相（例如硬质合金中的钴）的韧性与纳米复合涂层的硬度结合在一起。
（5）梯度结构
该结构的涂层性能具有渐变性：涂层中心部分较软而富有弹性，而在靠近表层时则变得坚硬而耐磨。
涂层的质量控制与检验
在对刀具进行涂层后，制造商需要对涂层本身进行质量检验。通常，这种质量检验过程和程序包括以下四个方面：
（1）涂层厚度检测
检测涂层厚度主要有两种方法：球头砂轮磨削检测法和X射线荧光辐射检测法。
球头砂轮磨削检测是用一个很小的金刚石砂轮（球）磨除涂层，直至露出下面的基体。然后，通过用显微镜观测磨除区域，就可以利用公式(X×Y)/球头直径测算出涂层厚度（式中，X为从上向下观测到的涂层宽度，Y为基体+涂层宽度）。目标是将测得的涂层厚度值范围控制在制造商的技术规定以内。
X射线荧光辐射检测可能是一种更准确的检测方法。测量原理是：涂层和基体材料都能产生X射线荧光辐射，但涂层会使基体的辐射强度减弱。通过二次辐射量测出基体辐射减弱的程度，即可确定涂层厚度。检测涂层厚度的首选方法是球头砂轮磨削检测法，因为它比较直观，而且更容易实施。
（2）涂层粘附性检测
一旦涂层厚度合格，下一步就需要检查涂层的粘附性，这可能是一项主观性最强的质量控制检测。检测方法主要包括洛氏压痕法和划痕试验法两种。
顾名思义，洛氏压痕法就是用一个硬质球，以设定的力在涂层基体表面上向下施压。涂层基体受压后产生裂纹，检测人员通过一台显微镜，对压痕点的裂纹进行观测，并评估裂纹的数量和开裂程度。根据制造商提出的具体标准，检测人员可以确定这些裂纹是否在可接受的合格范围内。尽管这种检测方法看起来很简单，但涂层厚度也会影响裂纹的数量和开裂程度，因此，允许较厚的涂层比较薄的涂层产生更多的裂纹。
划痕试验法要更直接一些。在划痕试验中，检测人员对一个在涂层刀具上移动的压头施加逐渐加大的载荷。当达到临界载荷Lc时，涂层开始出现裂纹。在该点测量压头移动的距离，如果该距离足够长，则表明该涂层的粘附性合格。
（3）涂层结构检测
如果涂层的厚度符合要求，粘附性也合格，下一步就需要检测涂层的结构，其检测方法与确定涂层厚度的球头砂轮磨削法基本相同：用相同的球头砂轮磨除涂层，并在显微镜下进行观测，就可以看到并确认前面提到的不同涂层结构。
（4）涂层成分与分布检测
最后一项质量控制检测是涂层的成分与分布。这项检测需要采用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线技术（EDX）。SEM具有极高的图像放大率（高达20万倍）和高分辨率，与EDX分析相结合，就能确定涂层材料成分以及在一个很小（可小至2纳米）截面上材料的分布量。
