在切削加工中，刀具性能對切削加工的效率、精度、表面質量有著決定性的影響。刀具性能的兩個關鍵指標——硬度和強度(韌性)之間似乎總是存在著矛盾，硬度高的材料往往強度和韌性低，而要提高韌性往往是以硬度的下降為代價的。在較軟的刀具基體上塗覆一層或多層硬度高、耐磨性好的金屬或非金屬化合物薄膜(如TiC、TiN、Al2O3等)組成的塗層刀具，較好的解決了刀具存在的強度和韌性之間的矛盾，是切削刀具發展的一次革命。
塗層刀具是近20年來發展最快的新型刀具。目前工業發達國家塗層刀具已佔80%以上，CNC機床上所用的切削刀具90%以上是塗層刀具。
1 塗層刀具、塗層材料及塗層方法
1) 塗層刀具的特點
塗層刀具結合了基體高強度、高韌性和塗層高硬度、高耐磨性的優點，提高了刀具的耐磨性而不降低其韌性。塗層刀具通用性廣，加工範圍顯著擴大，使用塗層刀具可以獲得明顯的經濟效益。一種塗層刀具可以代替數種非塗層刀具使用，因而可以大大減少刀具的品種和庫存量，簡化刀具管理，降低刀具和設備成本。但是刀具在現有的塗層工藝進行塗層后，因基體材料和塗層材料性質差別較大，塗層殘留內應力大，塗層和基體之間的界面結合強度低，塗層易剝落，而且塗層過程中還造成基體強度下降、塗層刀片重磨性差、塗層設備複雜、昂貴、工藝要求高、塗層時間長、刀具成本上升等缺點。
2) 常用的塗層材料及性質
·常用的塗層材料
常用的塗層材料有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、硅化物、金剛石及複合塗層八大類數十個品種。根據化學鍵的特徵，可將這些塗層材料分成金屬鍵型、共價鍵型和離子鍵型。
·塗層材料的性質
金屬鍵型塗層材料(如TiB2、TiC、TiN、VC、WC等)熔點高、脆性低、界面結合強度高、交互作用趨勢強、多層匹配性好，具有良好的綜合性能，是最普通的塗層材料。共價鍵型塗層材料(如B4C、SiC、BN、金剛石等)硬度高、熱脹係數低、與基體界面結合強度差、穩定性和多層匹配性差。而離子鍵型材料化學穩定性好、脆性大、熱脹係數大、熔點較低、硬度不太高。
在這些塗層材料中，用的最多的是TiC、TiN、Al2O3、金剛石以及複合塗層。
TiC耐磨性好，能有效地提高刀具的抗月牙窪磨損能力，適合於低速切削及磨損嚴重的場合；TiN塗層具有低的摩擦係數，潤滑性能好，能減少切削熱和切削力，適合於產生融合和磨損的切削；Al2O3的高溫耐磨性、耐熱性和抗氧化能力比TiC和TiN好，月牙窪磨損率低，適合於高速、大切削熱切削；金剛石塗層硬度和熱導性高，摩擦係數很低，適合於有色金屬合金的高速切削；而複合塗層綜合幾種塗層材料的特點，目前以雙塗層和三塗層組合居多。
3) 常用塗層方法
目前常用的塗層方法是CVD(化學氣相沉積法)和PVD(物理氣相沉積法)，其它方法如等離子噴塗、火焰噴塗、電鍍、溶鹽電解等還存在較大的應用局限性。
CVD法是利用金屬鹵化物的蒸氣、氫氣和其它化學成分，在950～1050℃的高溫下，進行分解、熱合等氣、固反應，或利用化學傳輸作用，在加熱基體表面形成固態沉積層的一種方法。CVD法工藝要求高，而且由於氯的侵蝕及氫脆變形可能導致塗層易碎裂、基體斷面強度下降，塗層硬質合金時還易產生脫碳現象而形成n相。近年來，中、低溫CVD法和PCVD法開發成功，改善了原有CVD工藝。
PVD法起步晚、發展快、溫度低( 約300～500℃)，優點很多，但塗層的均勻性不如CVD法，塗層與基體結合不太牢固，塗層硬度比較低，塗層優越性未得到充分體現。PVD 法工藝要求比CVD 法高，設備更複雜，塗層循環周期長。目前常用的PVD方法有低壓電子束蒸發(LVEE)法、陰極電子弧沉積法(CAD)、三極體高壓電子束蒸發法(THVEE)、非平衡磁控濺射法(UMS)、離子束協助沉積法(IAD)和動力學離子束混合法(DIM)，其主要差別在於沉積材料的氣化方法以及產生等離子體的方法不同而使得成膜速度和膜層質量存在差異。
2 塗層刀具的發展方向
1) 新型的塗層材料
刀具塗層材料出現了很多新種類：TiCN基新塗層兼有TiC和TiN塗層良好的韌性和硬度，比常用的TiN刀具耐用度高2～4倍。此外，以TiCN為基的多元成分新塗層材料如(Ti，Zr)CN、( Ti，Al)CN、(Ti，Si)CN等紛紛出現。AlON塗層刀具產生的月牙窪磨損極小。TiAlN有很高的高溫硬度和優良的抗氧化能力，塗層硬度高，抗氧化性能好，切削性能優於TiN塗層，用於加工航天合金材料時的刀具壽命可提高1～4倍。CrC和CrN塗層是無鈦塗層，可有效地切削鈦和鈦合金以及鋁合金等其它軟材料。另外，Hf、Zr、Ta的碳化物與氮化物，Hf、Zr、Ti、N、Ta的硼化物，Hf、Zr、Ti、Be的氧化物等塗層材料均成功採用。
值得一提的是美國Multi-Scientific Coating公司的類金剛石的碳塗層，使用熱陰極蒸發技術把碳沉積到刀具表面后，類金剛石碳塗層和基體結合良好，有很多金剛石相似的性能，有高的耐磨性和低的摩擦係數。其它ZrN，TiZrN類金剛石膜塗層(DLC)的應用
