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涂层刀具定义

应用于韧性强硬质合金刀片上的PVD或CVD工艺，能在其表面形成一层或数层厚度仅为几微米、硬度高且耐磨的金属非金属化合物涂层，使得此刀具能在取代传统的P/M/K类硬质合金的同时，提升使用性能：1）在保障刀具强度不受影响的情况下，涂层有效增强了刀具表面的坚固性；2）增强刀具的抗粘附能力，减小摩擦系数，进而极大地改善工件品质；3）通过延长高速切割过程中的刀具寿命，使生产效率得到前所未有的提升并降低成本；4）充分体现涂层对于冷却剂及润滑剂需求量的降低，从根本上减轻对环境造成的污染负荷；5）因涂层材料的多样化选择——一种或多种物质均可作为取材，多种涂层类型应运而生。现阶段，较为大众熟知的涂层材料主要有钴铬钼合金、氮碳化钛、碳化钛、氮化钛以及镍铬铝合金等。

图表：硬质合金刀具常见涂层材料

资料来源：智研瞻产业研究院整理

涂层刀具行业相关政策

硬质合金涂层刀片作为国内及全球范围内的重要刀具种类，其成长历程深受各界关切。为了进一步推动该领域的发展和革新，各政府机构相继推出一系列针对性政策，营造出优良的政策氛围。

图表：涂层刀具行业相关政策

资料来源：智研瞻产业研究院整理

涂层刀具行业现状

伴随着科技的进步及需求层次的提高，刀具涂层已由单一化转向多元化复合式发展。

涂层刀具是以强度韧性优秀的刀身为基础，覆盖上一层乃至多层耐磨损性优越的难熔化合物制成。相较于无涂层刀具，涂层刀具具备表面硬度高、极强的耐磨能力、较长的实用寿命以及高度精确的加工精度，同时其切削速度亦相当迅速。在市场向着高端化发展趋势愈发明显的大环境下，新一代数控机床刀具的涂层比率持续上涨，据统计，现今该比例约达到了80%。随着市场的不断扩大和深入，涂层刀具有望主导数控加工领域的刀具市场份额。

刀具的涂层材质繁多，依基材不同而分，如硬质合金、高速钢、陶瓷和超硬材料涂层刀具等等；此外，根据涂层质量也有硬涂层和软涂层之别。在现代科技推动下，涂层刀具正由单一到多元复合的趋势发展。

涂层刀具的制造工艺主要采用CVD（化学气相沉积）、PVD（物理气相沉积）、PCVD（等离子体化学气相沉积）、离子束辅助沉积、盐浴敏浸镀等方法或技术。其中，CVD和PVD最为广泛运用。前者主要应用于硬质合金涂层，后者则适用于高速钢涂层研制。

近些年来，随着我国机床产业现代化转型，使得刀具市场呈现出快速增长的态势，且超出了全球平均水平；2016至2021年间，我国刀具市场年均复合增长率超过8.2%。值得注意的是，涂层刀具作为主要刀具品类之一，其市场消费量亦呈现出稳健上升的势头。

涂敷处理无疑是提升刀具性能的关键手段。当前，涂层技术已广泛应用于立铣刀、剃齿刀、插齿刀、复合孔加工刀具以及铰刀之中，满足了高速切削这一领域内各类耐热合金、钢铁、有色金属等多种材料的加工需求。

国内涂层刀具供应商众多，如德国赛利、欧瑞康巴尔查斯、英国卡罗杰等。这些公司掌握先进的涂层技术，产品质量优越，故市场售价高昂，甚至于2021年超越了本国的出口价达到了3.8倍以上。

涂层工艺可显著提升刀具性能，近年来随产业升级，新型刀具的平均涂层率持续攀升，刺激着涂层刀具市场的壮大。尽管中国刀具市场占比赶超全球平均水平的速度较快，涂层刀具市场的发展空间广阔，然而诸多国产涂层刀具仍集中在中低档领域，相较于进口品尚有一段距离需要追赶。

涂层刀具行业市场规模

统计数据显示，2018年中国涂层刀具行业市场规模189.33亿元，2023年中国涂层刀具行业市场规模274.01亿元。2018-2023年中国涂层刀具行业市场规模如下：

图表：2018-2023年中国涂层刀具行业市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院整理

涂层刀具行业产业链

硬质合金涂层刀具行业的产业链由上至下依次包括：碳化钨、钴粉、钽铌固溶体等原材料供应商，及超硬合金刀具制造与供应商，其产品最终被广泛运用于汽车、机床、通用机械、航空航天及军事科技等领域。

图表：硬质合金涂层刀具行业产业链

资料来源：智研瞻产业研究院整理

涂层刀具行业发展趋势

1、消费结构调整加速

中国拥有全球最大的钨矿储量，然而其钨资源利用率较为低下。国内有众多硬质合金制品以及刀具生产商，但多数规模有限且主要满足低端需求。在国家产业政策引导下，硬质合金加工业正逐步由粗放型向精细化发展，刀具结构也日益优化，尤其以数控刀片等深度加工产品所占比例将大幅提高。

2、国产化替代是行业主要发展方向

我国在下个五年规划中，制定出“中国制造2025”与“互联网+”相关战略，推动各类制造业向智能化、自动化方向升级，进一步提升数字化制造科技含量。数控刀具在其中占据重要地位，因其能提升生产效率及产品质量，从而节省制造成本，故被誉为其功能如英雄的化身，发挥着“四两拨千斤”的重要效用。目前，我国高端数控刀具仍依靠进口，这对国家经济安全与国防安全构成威胁，对于我国建设制造强国形成阻碍。然而近些年来，我国刀具企业在产品结构调整方面已有所突破，成功实现部分高档产品的国产化。未来前景依然看好，继续将进口替代作为刀具产业的发展重心。

3、行业集中度将逐步提升

随着制造业对于刀具性能的提升与特定所需，逐渐由碳素工具钢、高速钢迈入硬质合金及超硬材料阶段。硬质合金刀具整体的技术、研究开发、商业推广以及售后体系愈发复杂，学习和仿制难度呈上升趋势，需要不断进行自身创新以满足日益紧迫的需求。如今，小型企业的生存空间日益狭窄。伴随未来硬质合金刀具技术的进步，缺乏持续研发实力或材料、涂层方面投入的小型企业将在市场竞争中渐显劣势，面临逐步淘汰的风险；而那些具备知名品牌、雄厚资本和先进技术的大型企业则将会在高端应用领域继续领跑，不仅能够更快地获得更大的市场份额，同时也有望提升整个硬质合金刀具行业的市场集中度。

涂层刀具行业技术发展趋势

1、涂层成分多元化

单涂层刀具因基材与涂层特性差异较大，诸如硬度、弹性模量以及热膨系数不同，晶类型亦有异致残余应力增强，结合强度降低。为改善这一状况，尝试添加新元素（比如Al, Cr提升抗氧化能力；Zr, V, B, Hf强化耐磨性；Si则可提升硬度和抵抗化学扩散）于单涂层中以制备多元刀具涂层材料，从而大幅提升整体性能。例如，由成都工具研究所研发的两款多元复合涂层Ti-C-N-O-Al和Ti-C-N-B共有三种高品质产品，均具备优异的复合机械性能和出色的切割性能，广泛应用于汽车刀具与Hertel系列螺纹梳刀片等领域。

2.涂层结构多层化

随着涂层技术日新月异的进步，单层多元涂层已经趋向于多层复合涂层。针对特定涂层材料及其相对应的切割环境，进行适宜的涂层组合配置，实现各类涂层优异功能的整合。现如今，研究与实际应用中表现出众的是双层涂层及层数介于3至7之间的多层复合涂层。此外，为了适应多样化的切削加工需求，涂层构成日益丰富且具有针对性，单层涂层厚度逐渐变薄，并逐步纳米化。对于各层次金属和合金成分、厚度及周期规模，均可根据具体需求加以调整。

3、基体结构梯度化

涂层与硬质合金基体之间的紧密结合以及两者间的适配性，是决定涂层刀具使用寿命的主导因素。涂层只有与适当的基体配合适宜才能实现理想的性能表现。考虑到各基体硬度、抵御塑性变形的能力、与涂层的附着潜力以及热胀系数的差异，涂层在冷却过程中有可能因为热应力导致裂纹。涂层材料的脆性使断裂往往从涂层表面开始并向基体深处扩散。为了最大限度地避免由裂纹增长带来的刀具崩坏，同时也希望得到高性能的硬质合金切削刀具，有必要对硬质合金基体实施梯度处理。即在基体表层区域制造出富含缺立方相碳化物和碳氮化物的韧性区域，这一地带的粘结剂含量要超过名义上的基体粘结剂。基体中增加的粘结相含量有助于提升它与涂层的结合强度。一旦裂纹沿着涂层伸展达到这个区域，利用其出色的韧性，能够吸收裂纹进阶所需的能量，从而成功遏制裂纹往合金内部的延伸，避免材料崩溃，进而提高硬质合金切割工具的性能表现。