В мировой практике металлообработки все большее применение находят инструменты с покрытиями режущей части. Тонкие «пленочные» покрытия толщиной от 2 до 10 мкм наносят на поверхность заточенного и доведенного инструмента из быстрорежущей стали, твердого сплава и режущей керамики с целью изменения условий его работы при резании и улучшения эксплуатационных характеристик. Снижение сил и температур резания на

20–40% позволяет повысить стойкость режущего инструмента в 2 и более раз или увеличить скорость резания от 20 до 60%, а также значительно улучшить шероховатость обработанной поверхности.

К износостойкому покрытию для режущего инструмента предъявляется ряд требований:

1)  высокая микротвердость, в 1,5–2 раза превышающая твердость инструментального материала;

2)  значительное сопротивление к поверхностному усталостному разрушению;

3)  низкая склонность к адгезии (химическому взаимодействию) с обрабатываемым материалом;

4)  сохранение основных свойств при высоких температурах, стойкость против коррозии и окисления;

5)  минимальная способность к диффузионному растворению в обрабатываемом материале;

6)  высокая прочность сцепления с инструментальным материалом.

  Некоторые из этих требований носят взаимоисключающий характер, например, низкая адгезия к обрабатываемому материалу и высокая прочность сцепления с инструментальным материалом.

При резании сплавов на основе железа инструментом из быстрорежущей стали, в основе которой также содержится железо, целесообразнее всего наносить многослойные или композиционные покрытия. У многослойных покрытий нижний слой, который прилегает к инструментальному материалу, обеспечивает крепкое сцепление с ним, а верхний – минимальное схватывание с обрабатываемым материалом. Промежуточные слои могут исполнять роль соединительных, слоев с тепловыми барьерами или слоев, препятствующих продвижению трещин при разрушении покрытий. Разновидностью многослойных покрытий являются градиентные покрытия. Например, для быстрорежущего инструмента состав покрытия может постепенно переходить от нитрида циркония (ZrN), который обеспечивает наилучшее сцепление с инструментальной подложкой, к нитриду ниобия (NbN), который дает аномально низкое схватывание с железосодержащими обрабатываемыми материалами.

В качестве материалов для покрытий используют карбиды, нитриды, карбонитриды, бориды и силициды тугоплавких металлов IV–VI групп периодической системы элементов (IV – титан, цирконий, гафний; V – ванадий, ниобий, тантал; VI – хром, молибден, вольфрам). Применяются также сложные нитриды титана и алюминия (Ti, Al)N; нитриды тройных систем (Ti, Al, Zr)N, (Ti, Si, Cr)N, (Ti, Si, Al)N (Ti, Zr, Si)N; оксид алюминия Al2O3; углеродные (алмазоподобные) покрытия и другие соединения.

Наибольшее распространение для нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент получили методы химического осаждения из газовой фазы (ХОП) или методы CVD (Chemical Vapour Deposition), термодиффузионное насыщение поверхности (ТДН) и физическое осаждение из газовой фазы (ФОП) или PVD (Physical Vapour Deposition).

Опыт эксплуатации инструментов с покрытием позволяет определять условия, при которых достигаются наибольшее повышение их работоспособности. Инструменты из быстрорежущей стали с покрытиями показывают значительное повышение стойкости при разных видах обработки углеродистых, конструкционных и низколегированных сталей, а также серых чугунов низкой и средней твердости. При обработке титановых и жаропрочных сплавов на основе никеля, высоколегированных и высокопрочных сплавов эффективность от применения инструментов с покрытием существенно ниже, а в ряде случаев отрицательна.

Твердосплавные пластины с покрытиями из TiC, TiN, (Ti, Al)N эффективны для большинства самых распространенных видов обработки резанием конструкционных сталей| и серых чугунов, особенно для точения, а также чистового и получистового фрезерования с умеренными подачами. При этом область применения твердых сплавов с покрытиями (в соответствии со стандартом ISO) намного шире, чем у аналогичных – без покрытия.

При тяжелых условиях резания, когда наблюдаются выкрашивание и скалывание на сплавах без покрытий, эффективность инструментов с износостойкими покрытиями снижается.

Результаты испытания пластин с разными покрытиями при обработке труднообрабатываемых материалов разных групп обрабатываемости показывают, что чем тяжелее обрабатывается материал резанием (чем больше подгруппа обрабатываемости), тем меньше проявляется эффект от покрытия.

Необходимо отметить, что, невзирая на более высокую стоимость инструментов с покрытиями, расходы потребителя на обработку единицы продукции по сравнению с аналогичными расходами при применении непокрытых инструментов ниже благодаря повышению или стойкости инструмента, или скорости резания и производительности обработки.

В промышленно развитых странах выпуск твердосплавных режущих пластин с износостойкими покрытиями составляет 60–90% от их общего выпуска, а из быстрорежущей стали с покрытием – около 70% всех типов инструментов.