刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。现代工业的发展，使得刀具的用途有了多种衍生，不过使用量最为广泛的主要是切削金属材料的金属切削刀具，切削木材用的木工刀具，以及用于地质勘探、打井、矿山钻探的矿山刀具等等。

刀具的种类繁多，样式也千奇百怪，包括所有的钻头、改锥、切刀等等都属于刀具。用刀具加工的材料几乎包括了人类合成的所有材料，因此，用于制作刀具的材料也是数不胜数。但是不管这些材料的种类有多么的不同，制作刀具使用的材料均要遵循耐磨损、硬度高、坚固可靠基本规律。所有的刀具都要表现为在长期的运行下变形量非常少的规律，这样才可以保证大批量的材料加工过程中，被加工件尺寸具有极高的精度。

为了实现这一目的，人类遵循两条路线来改善刀具的耐磨性，延长刀具的使用寿命。

（1）改善刀具的制作材料与制作工艺，提高其硬度及强度。自公元前28~20世纪就就出现了黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了钢质刀具。到了18世纪后期刀具是用整体高碳工具钢制造的，其切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速工具钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具适应更高的速度切削。

（2）改善刀具表面的微观结构，涂覆或生成金属或非金属保护薄膜层，增强刀具的表面硬度，提高耐磨性。1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。

国内外对刀具的研究主要集中在研究更硬的材质来制作刀具，或用非常硬的材质附着于刀具与加工件的接触面，包括使用超硬合金和类金刚石，来提升刀具与被加工件接触面的硬度。

我们知道刀具磨损的原因可以分为四类：（1）硬质点磨损；（2）粘结磨损（冷焊磨损）；（3）扩散磨损；（4）相变磨损。

传统的研究认为：

要避免（1）硬质点磨损就只有提高刀具材质本身或刀具与工件接触面的硬度来降低磨损；因此就必须使用超硬的金属来制作刀具，或使得刀具表面获得类似金刚石的超硬结构附着层。

要避免（2）冷焊磨损，就要降低刀具材质与工件材质的亲和性，并进一步提高刀具硬度；这就要针对不同的工件材料选用不同材质的刀具，或通过刀具表面附着的一层或多层材质来降低冷焊磨损。

要避免（3）扩散磨损，只有提高刀具材料的扩散作用温度；同样是通过提高刀具本身材质性能与改善刀具制作工艺条件来改善。

要避免（4）相变磨损，要提高刀具材料的相变温度。

综上所述，似乎只有使刀具材料或刀具表面附着的材料表现的更硬，强度更高，与加工工件亲和性更低、刀具本身材料与制作工艺越优异，才能降低刀具的磨损，提高其寿命。

杭州启俄科技有限公司通过研究发现，除了上述方法之外，通过降低刀具表面能，可以有效的降低硬质点磨损，避免冷焊磨损，降低扩散磨损，同时也降低了刀具加工工件的发热量，抑制了相变磨损。

杭州启俄科技有限公司研制的含氟纳米基膜涂层技术，即采用一种高分子低表面能组合物对机加工刀具表面进行处理，可获得厚度约30~70Å（3~7纳米）的单分子含氟基膜的方法。形成的单分子含氟纳米基膜涂层能够有效降低刀具的表面能，填补刀具表面的晶间裂缝，能够有效消除氢原子对钢制刀具表面的渗透（防止氢脆效应），降低内应力集中。这时由于使用的这种高分子聚合物，在刀具表面形成的是纳米尺度的单分子层，因此可以实现一定程度上的扭曲、挤压等变形，在填补缝隙时，可以与刀具本体表面产生软硬相间的结构，提高了刀具表面微观结构的韧性。因此，刀具与刀具表面附着层的材料的自身硬度没有提升，但刀具却表现出了更高的强度与耐磨性，实现了降低（1）硬质点磨损。

使用的高分子低表面能组合物具有含氟基团，表现出较强的疏水亲油性，可以阻隔各种化合物对刀具表面各类缝隙的渗透，例如氢的渗透等，含氟基团还可以提供较高的自润滑性，可以减少刀具与工件作用时的摩擦、迟滞现象。由于降低了刀具表面能，使得刀具与工件之间分子水平的摩擦、迟滞、粘结作用现象减少，减少了刀具与工件之间摩擦放热，降低刀具表面温度，降低并抑制了（3）扩散磨损与（4）相变磨损的发生。由于生成了一层牢固的薄膜，刀具与工件之间不会直接接触，也可以避免（2）冷焊磨损的发生。

含氟纳米基膜涂层技术包括刀具表面除油脱脂、除锈、晶间脱水、基膜液涂覆、微渗透、基膜液固化多个工序与工艺。其目的是：（1）刀具表面进行彻底的除油脱脂、除锈，使得刀具表面材料完全暴露出来；（2）通过各种干燥与脱水方法进行晶间脱水，使得处理液能够有机会渗透进入刀具表面的各种微观结构中；（3）进行基膜液涂覆，要使得涂覆层均匀一致；（4）进行微渗透处理，使得涂覆层彻底进入到各种微结构中；（5）进行基膜液固化，使得刀具表面获得的涂覆层与刀具表面结合牢固。只有这样才能够使各类刀具表面获得厚度约30~70Å（3~7纳米）的单分子含氟基膜。

刀具表面除油脱脂除锈工序包括常见的金属加工的酸洗、碱洗、有机溶液清洗、打磨等方法。视刀具材料表面的具体情况而定，其目的是彻底去除刀具表面附着的“杂物”，使得需要处理的刀具表面彻底暴露出来。

刀具表面的干燥与脱水工序包括直接烘干、真空烘干、溶剂脱水后真空烘干、微波加热真空脱水等方法，其目的是有效去除刀具表面的水分，尤其是晶间的水分。

基膜液的涂覆工序包括低温浸渍涂覆、沸腾浸渍涂覆、微波浸渍涂覆、沸腾微波浸渍涂覆。其目的是要视刀具表面具体情况，使得高分子低表面能组合物能够均匀的刀具的表面，并充分的渗透到刀具表面的晶间缝隙中。

基膜液的微渗透工序包括打磨法、真空法、加压法、真空与加压联用法。其目的是要强化基膜液渗透到刀具表面的晶间缝隙中。

基膜液的固化工序包括紫外光引发聚合固化，加热固化等固化方式。其目的是要使得涂覆在刀具表面的高分子低表面能组合物发生自聚，生成稳定坚固的附着层。

采用含氟纳米基膜涂层技术对机加工刀具表面进行处理后取得的效果：