Vol-1 Issue-1 2015 

 

IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396

 

1112 

www.ijariie.com 

 

"FORCE AND WEAR ANALYSIS OF PVD 

COATED CUTTING TOOL" - A REVIEW 

Jaimin P.Prajapati

1

, Pina M.Bhatt

2

, Naitik S.Patel

3

 

1

Production Engineering (Mechanical Department), M.E.C, Mehsana- 384315, Gujarat, India 

2

Mechanical Department, R.K University, Rajkot, Gujarat, India 

3

Mechanical Engineering Department, M.E.C, Mehsana- 384315, Gujarat, India 

  

Abstract 

There are diverse types of cutting tackle in use for machining a variety of materials for the numerous operations in 
order to manufacture components. The manufacturers of these machinery imagine to improving their productivity, 
excellence  of  the  components  as  well  as  longer  life  of  the  cutting  tools.  The  device  manufacturers  also  plan  at 
producing  excellence  tools  to  with  plunk  for  higher  cutting  forces,  thermal  resource  resistivity  with  added  wear 
resistance  in  addition  to    give  longer  living  of  the  tool,  to  produce  improved  surface  finish  creation  as  well  as 
maintain preferred dimensional accuracies of the product. Lots of researchers have studied tribological properties a 
variety of binary thin film materials to examine different properties like adhesion, rigidity and resistance coefficient 
according  to  the  relevant  applications.  The  special  deposition  techniques  they  used  are  disturbed  Magnetron 
Sputtering. Ion Beam support Deposition, Physical Vapour Deposition etc. Lately ternary nitride based coatings are 
investigated  as  they  exhibit  improved  tribological  and  mechanical  properties  compared  to  binary  nitride  based 
outside layer. This assessment paper is aimed to review tribological properties of two ternary nitride found coatings 
such as Titanium Aluminum Nitride along with Chromium Nitride. 

 

Keyword :-

 Coating Material, Hard Coated, Wear, Cutting force.

 

 

INTRODUCTION 

Thin  coating  of  transition  metal  nitrides  have  been 
extensively  used  in  several  engineering  function 
particularly  due  to  their  high  rigidity,  chemical 
dullness  as  well  as  excellent  put  on  resistance. 
Surrounded  by  them,  the  properties  and  the  function 
of  TiN  coatings  have  been  deliberate  extensively. 
The  main  weakness  of  TiN  is  its  limited  oxidation 
resistance (about 450–500

º

C). The adding together of 

other  elements  such  as  Al,  Cr,  Si,  etc.  add  to  the 
oxidation  resistance  of  TiN

(1,2)

.  TiAlN  varnish  have 

been  developed  for  engineering  function  as  an 
alternative  to  TiN  seeing  as  1986

(3)

.Accordingly, 

resources  that  can  swap  TiAlN  are  necessary.  In  the 
attempt of adding up Cr, research explain that a slight 
totaling  of  Cr  to  AlTiN  results  in  excellent  spiteful 
performance in the cutting of toughened steels

(4)

. The 

relationship  stuck  between  the  microstructure 
furthermore  properties  of  nanocrystalline  coatings 
otherwise  thin  coating  nano  complexed,  which  are 
based on nitrides of change metals, is the main topic 
of  numerous  studies

(5)

.  This  is  also  correct  for 

chromium  nitride  varnish,  which  in  addition  contain 
aluminum and silicon. 

Production 

enhancement 

of 

the 

engineering 

manufacturing is influenced by increasing necessities 
on  quality,  functionality  in  addition  to  robustness  of 
cutting tools. The cutting tools should be prepared of 
material  harder  than  the  fabrics  which  are  to  be 
incise, as well as the device should be able to survive 
the heat produce in the metal-cutting progression. To 
produce  excellence  parts,  a  cutting  instrument  must 
have three characteristics: stiffness and power at high 
temperatures,  toughness  as  well  as  wear  resistance. 
So  growth  in  the  area  of  cutting  tools  is  paying 
attention upon tool outside modification by advanced 
PVD  technologies  that  are  persistently  improved, 
furthermore  they  are  in  general  environmentally 
friendly  for  the  reason  that  they  do  not  need  to  use 
harmful chemical agents as well as gases. This reality 
stems  from  the  standard  of  substance  vanishing 
process of the substance, which is a origin of the final 
covering.  The  unique  pro  of  advanced  coatings  of 
[Ti,  Al

1

x

Cr

x

]N  category  is  in  their  excellent 

properties,  such  as:  very  high  corrosion  resistance 
(above  900

º

C)  with  a  elevated  hardness  of  38–50 

GPa

(6,7)

.  They  are  thermodynamically  constant 

materials,  also  from  the  position  of  view  of 

Vol-1 Issue-1 2015 

 

IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396

 

1112 

www.ijariie.com 

10 

 

granularity small piece growth does not happen even 
at  temperatures  above  1000

º

C.  Grain  boundaries  act 

as 

an 

efficient 

barrier 

against 

imperfection 

propagation,  along  with  high  resistance  of  these 
materials  is  strong-minded  in  this  method.  Other 
positive  features  are  the  little  coefficient  of 
resistance,  high  thermal  furthermore  low  chemical 
affinity  to  the  machined  substance

  (8,9)

.  Purpose  of 

these  coatings  is  possible  to  PVD  tools  using 
Cathodic  curve  technology

(10,11)

.  The  techniques 

explained  make  sure  high  wear  struggle  under  high-
speed  work  machining  conditions  when  cutting 
device  corrosion  wear  is  dominant.  The  largely 
important cause of the high put on conflict of TiAlN 
and  CrN  coatings  for  the  duration  of  high-speed 
machining  is  the  arrangement  of  the  protective 
alumina  as  well  as  chromium  films  on  the  cutting 
device surface

(12)

. Estimate of some properties of the 

structure  thin  layer–substrate  requirements  specific 
methods  as  well  as  procedures.  The  most  significant 
mechanical  properties  from  the  point  of  outlook  of 
this request are rigidity in addition to the adhesion of 
thin coating to substrate

 (13)

The examine electron microscope (SEM) is the most 
widely used type of electron microscope. It examines 
microscopic  structure  by  scanning  the  surface  of 
materials,  similar  to  scanning  co  focal  microscopes 
but  with  much  higher  resolution  and  much  greater 
depth of field. the most important feature of an SEM 
is  the  three-dimensional  appearance  of  its  images 
because  of  its  large  depth  of  field.  For  example,  the 
depth  of  field  can  reach  the  arrange  with  tens  of 
micrometers  at  10

3

×  magnification  and  the  order  of 

micrometers  at  10

4

×  magnification.  An  SEM  is 

relatively  easily  operated  and  maintained,  compared 
with a TEM

(14)

.

 

Scanning  probe  microscopy  (SPM)  is  a  system  to 
observe  resources  with  a  solid  investigate  scanning 
the surfaces. The SPM is relatively new for materials 
characterization  compared  with  light  and  electron 
microscopy.  It  examines  surface  features  whose 
dimensions range from atomic spacing to a tenth of a 
millimeter. The SPM is considered the most powerful 
tool  for  surface  structure  examination  currently 
available because it lets us „see 'atoms

(14)

.

 

 

LITERATURE REVIEW 

J.  Nickel  et  al  (2000)

(15)

TiN-coated  exercises.  The 

flank  put  on  measurements  explain  that  the 
prenitrided  drills  had  reduced  line  wear,  as  well  as, 
hence,  lengthened  tool  life,  in  association  with  the 
commercial  drills,  The  quantitative  numerical 
valuation  of  the  side  wear  facts  sets  using  non-
parametric arithmetical tests also confirmed that, at a 
95%  self-assurance  level,  the  pre-nitride  drills  had 

longer 

device 

lives 

under 

all 

machining 

circumstances.  The  commercial  maneuvers  was 
attributed  to  the  task  of  the  plasma  resources  like 
nitriding  in  improving  the  TiN-coating  affection,  as 
well  as,  thus,  increasing  the  wear  conflict  of  the 
coating.  TiN  coating  adhesion  raises  the  wear 
resistance of the outside layer. Hardness charge of the 
HSS  base  substance  of    the  category  of  drills  wear 
equivalent.  The  wear  skin  texture  of  the  chisel  edge 
as  well as  its  surroundings also  long-established that 
the  TiN-coating  connection  of  the  pre-nitrided 
instrument  was  stronger  than  that  of  the  commercial 
instrument. 
 
J.  Wang  (2000)

(16)

The  effect  of  cutting  tool  hard 

surface  coatings  on  the  cutting  forces  and  the 
associated  force  characteristics  when  turning  a  mild 
carbon  steel  has  been  presented.  It  has  been  shown 
that multi-layer hard surface coatings of cutting tools 
reduce  the  cutting  forces,  whilst  the  percentage 
reduction  increases  with  an  increase  in  the  force 
components.  A  part  from  the  coating  type  and 
substrate,  the  tool  geometry  and  cutting  conditions 
have been found to be important factors affecting the 
quantitative reductions of cutting  forces by tool hard 
surface  coatings.  The  empirical  cutting  force 
equations presented can be used for the selection and 
design of machine tools, cutting tools and ®xtures as 
well  as  for  the  optimization  of  cutting  conditions  in 
process planning. 
 
V.  Fox  et  al  (2000)

(17)

New  solid  lubricant  coatings 

MoST@  and  Graphit-iC@  offer  many  advantages 
over  previous  solid  lubricant  coatings  because  of 
their  hardness,  wear  resistance  and  load-bearing 
capacity.  They  also  have  many  advantages  over 
conventional  hard  coatings  because  of  their  low 
friction  and  lubricating  properties,  which  allows  the 
component  to  be  used  at  high  speed,  lowering  the 
frictional forces and the temperature. MoS2–titanium 
composite  coatings  are  already  used  to  improve  the 
performance  of  cutting  and  cold-forming  tools  and 
are beginning to be used successfully for  high  speed 
dry  machining.  In  cold-forming  applications  the  use 
of  theMoS2–titanium  composite  coating  has  allowed 
the  load  applied  during  the  process  to  be  reduced. 
Work  in  dry  condition  reduces  this  requirement. 
MoST  and.Graphit-iC@  are  good  candidates  for  a 
clean world process, and give greater productivity in 
machining, forming and for components. 
 
G.S.  Fox-Rabinovich  et  al  (2001)

(18)

This  coincides, 

as  the  rule,  with  a  moment  when  a  protective  PVD-
coating  comes  off  contact  faces  of  a  tool.  Under 
conditions  of  high  loads  and  temperatures,  partial 
oxidation  of  In  will  most  likely  start  before 

Vol-1 Issue-1 2015 

 

IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396

 

1112 

www.ijariie.com 

11 

 

destruction  of  PVD-coating,  still  playing  its 
protective  role.  It  should  be  noted  that  the  normal 
friction  is  characterized  by  the  minimal  depth  of 
damage  of  the  contact  surface.  Because  of  this,  a 
small  depth  of  the  modified  layer  sharply  effects  on 
increasing of the tool life. 

J. Richter et al (2001)

(19)

TiN as a monolayer or outer 

layer  in  coatings  with  a  Ti  under  layer  are 
characterized  by  thickness  homogeneity  (variation 
coefficient  ranging  from  2.89%  to  9.76%),  whereas 
the titanium  under layers exhibited considerably less 
thickness  homogeneity  with  the  variation  coefficient 
up to 28%. This results from an uneven profile of the 
Ti–TiN boundary rather than that of the Ti–substrate; 
it 

may 

contribute 

to 

higher 

adhesion 

and 

consequently  better  service  properties  of  the  coated 
cutting edges. 
 
L.A.  Dobrza'nski  et  al  (2004)

(20)

Coatings  of  the 

TiN+  mono  otherwise  multi  +  TiN  structure 
deposited  with  the  PVD  technique  in  the  cathodic 
semicircle  evaporation  CAE  procedure  on  top  of  the 
substrates  of  cermets  as  well  as  cemented  carbides 
demonstrate  improved  working  properties  than  the 
commercially  available  device  materials  through  the 
single  and  multiple-layer,  as  well  as  single-  along 
with  double  part  coatings  deposited  together  in  the 
PVD  also  CVD  processes.  Device  cermets  also 
cemented  carbides  among  the  TiN+  mono  otherwise 
multi TiAlSiN + TiN system covering deposited with 
the PVD process in the cathodic arc vanishing course 
CAE  qualify  for  the  extensive  industrial  use  on 
cutting  instruments,  offering  the  possibility  to  use 
them in the pro-ecological dried out cutting method. 

G.S.  Fox-Rabinovich  et  al  (2004)

(21)

The  effects  on 

tool  life  were  investigated  for  five  pairs  of  elements 
that were ion-mixed into the base surface of the HSS 
substrate. The best wear resistance was shown for the 
„triplex‟ coating with the (Ti+N) ion mixed sub layer. 
This  is  realized  when  the  layer  modified  by  Ti+N 
through  ion  mixing  is  applied.  During  cutting  the 
oxygen-containing 

tribo-films 

are 

intensively 

developed  on  the  surface  of  the  ion-modified  layer 
that protects the cutting tool. 
 
A.E. Reite et al (2006)

(22)

Comparison to  CrN, CrC, 

TiAlN, TiN, It's  CrN  a slightly better behavior than 
CrC, but the tool also  wears strongly. Breakouts and 
coating  removal  from  the  edge  are  obviously.  The 
wear  of  the  TiAlN  coated  tool  is  less  severe  in 
comparison to the first two coatings. The flank of the 
CrC coated tap is completely covered by the stainless 
steel  material.  Much  better  anti-adhesive  properties 
are shown by CrN, TiAlN and TiCN. TiCN with the 

highest  abrasive  wear  resistance  and  obviously  low 
tendency  towards  cold  welding  delivers  the  best 
result.  Comparison  to  WC/C,DLC:--  The  cutting 
torque of both coatings is very stable. The fluctuation 
is  very  low  although  the  deviation  is  similar  to 
TiAlN.  Comparison  to  TiCN+DLC,TiCN+WC/C:--
The  cutting  edge  of  the  TiCN+WC/C  coated  tap  is 
more  worn  than  the  one  of  TiCN+DLC  .The  lower 
wear resistance of WC does not support. The coating 
remained very close to the edge . It is the coating of 
the lowest abrasive wear rate of all AlCrN coatings. 
 
Recep  Yigit  et  al  (2008)

(23)

The  HTCVD  multilayer 

coated insert has higher wear resistance, the wear life 
of  the  HTCVD  multilayer  coated  insert  compared 
with  uncoated  insert  is  calculated  by  ratio  of  the 
cutting  time  (t

2

/t

1

)  when  reaching  the  same  flank 

wear.  The  HTCVD  multilayer  coated  shows  a  great 
advantage for processing nodular cast iron. Uncoated 
carbide  tool  exhibits  a  slightly  worse  wear  behavior 
than  that  of  multilayer  coated  carbide  tools  at  all 
cutting  speeds.  The  best  surface  quality  is  obtained 
with  HTCVD  multilayer  coated  carbide  tool  (T

3

)  at 

all cutting speeds. 
 
J.  Gertha  et  al  (2009)

(24)

Two  AlCrN-coated  HSS 

hobs used to produce gears of structural steel by dry 
cutting.  It  represents  the  most  common  type  of  tool 
used in  gear cutting. During  cutting, a sharp front of 
complete  coating  removal  initiates  along  the  edge 
line and progresses on the rake face in the chip flow 
direction.  The  mechanisms  of  coating  removal  are 
decohesion  or  detachment  of  discrete  fragments.  At 
room temperature, the hardness of the layer (15 GPa) 
is  significantly  higher  than  the  work  material  (1.7 
GPa) but significantly lower than the  AlCrN-coating 
(28  GPa).  The  smoothness  of  the  layer,  however, 
proposes that the material is very soft during cutting. 
 
M.  Sokovi  c  et.al.  (2009)

(25)

The  TiAlN  (PVD) 

coating displays the best adhesion (the highest critical 
load  value  Lc  =  76–80  N).  The  maximum  micro 
hardness ofHV0.07 = 4030MPawas observed in case 
of  the  (TiN  +multi  TiAlSiN  +  TiN)  coating  system 
deposited onto the ceramic substrate. Depositing hard 
PVD  or  CVD  coatings  onto  the  investigated  CM 
ceramic  tool  inserts  makes  it  possible  to  achieve: 
improvement  of  tool  life,  better  quality  of  the 
machined surfaces, reduction of machining costs and 
elimination of cutting fluids used in machining. 
 
F. Qin a et al (2009)

(26)

Increasing coating depth will 

increase the outstanding stresses at the outside layer–
substrate  interface.  In  addition,  increasing  covering 
thickness  will normally increase the  confrontation of 
coating  cracking  as  well  as  delimitation.  Thicker 

Vol-1 Issue-1 2015 

 

IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396

 

1112 

www.ijariie.com 

12 

 

coatings  will  outcome  in  larger  perimeter  radii; 
Nonetheless,  the  amount  of  the  effect  on  spiteful 
forces  also  depends  ahead  the  machining  situation. 
For  the  depth  range  tested,  the  living  of  diamond 
coated  tackle  increases  with  the  glaze  thickness 
because of hindrance of delamination. 
M.A.  ElHakim  et  al  (2011)

(27)

These  results  could 

indicate  greater  adhesion  between  the  c-BN  cutting 
too land the workpiece material, thus accelerating the 
wear rate more than for the Al

2

O

3

,TiC and multilayer 

coated carbide tools. Comparison of the four different 
tool materials has been performed at cutting speed of 
100m/min  as  it  can  be.  In  general,  the  wear  rate  on 
the flank face was served to be much greater than that 
on  the  rake  face  of  the  tools,  overall  in  the  C-BN 
cutting tools. The CCRs for chips produced from the 
coated  carbide  and  the  mixed  alumina  tools  were 
found to be lower than that for the c-BN tools. 
 
A.S.H. Basari et al (2011)

(28)

The ANFIS model that 

used  linear  output  showed  better  performances 
compared  to  the  constant  output.  The  ANFIS  model 
with  3  bell  MFs  in  the  input  variables  indicated  the 
highest prediction accuracy with 98.09%. The ANFIS 
models  with  five  MFs  indicated  higher  RMSE  and 
less  R2  and  prediction  accuracy  compared  to  the 
models with two and three MFs. Therefore, the small 
number of MFs is most suitable to be used in ANFIS 
modeling structure. The better agreement between the 
measured  and  predicted  values  of  ANFIS  model 
showed  that  the  proposed  ANFIS  model  can  be  a 
good option in predicting TiAlN flank wear. 
 
D.  Jakubéczyova  et  al  (2012)

(29)

Nano  composite 

nACo  coating  prepared  by  advanced  LARC 
technology  had  roughness  parameters

∼40%  lower 

than monolayer AlTiCrN. This is connected with the 
composition of amorphous as well as nanocrystalline 
components  of  the  sheet  along  with  the  method  of 
LARC  equipment.  The  deposited  covering  achieved 
brilliant  hardness  values.  Decrease  of  coarseness 
assured superior hardness, the hardness rate (load 0.5 
N)  was  ca  24  GPa  for  AlTiCrN  layer  along  with  ca 
26 GPa for nACo sheet. Hardness assessments of the 
sample  with  deposited  film  are  higher  by  100%  in 
association  with  the  rigidity  values  of  the  substrate. 
Outcome gained by the pin-on-disc analysis indicated 
good  quality  adhesion  assets  of  the  covering  along 
with  minimal  diversity  in  the  friction  coefficient  for 
mutually  layers  at  room  temperature.  Micro  element 
for  AlTiCrN  20ºC,  Ca201mm    along  with  after 
testing at 400ºC a little particle achieved the height of 
250-350mm.  Little  particles  detect  on  nACo  coating 
max.80nm  trying  20ºC  and  later  than  400ºC  testing 
height 105nm. resistance assessment of Ca 24GPa for 
AlTiCrN film ,Ca 26 GPa for nACo layer. Extremely 

good  outcome  was  also  attained  by  request  at  the 
nano compound layer merged by LARC. 

Turgay  Kıvak  et  al  (2012)

(30)

  A  result  of 

experimental trials performed using the Taguchi OA, 
it was establish that the  spiteful device was the most 
important  factor  affecting  the  face  roughness  with  a 
percentage giving of 39.14%, and that the provide for 
rate was the nearly all noteworthy factor touching the 
thrust  power  with  a  proportion  contribution  of 
82.77%. 
 
J.  Heinrichs  et  al  (2012)

(31)

Continuous  and 

intermittent  sliding  promotes  the  same  type  of 
transfer  with  a  central  region,  consisting  of  mainly 
transferred  and  oxidized  Mn,  Si  and  Al,  surrounded 
by  an  outer  region  with  an  oxide  layer  with  similar 
composition  as  the  work  material.  On  polished  tool 
surfaces this transfer occurs on both Tin and  AlCrN. 
Semi  Polished    Ra=  0.2µm,  Rough  Polished  Ra= 
0.3µm,  Polished  Tool  Ra=  0.06µm,  The  small 
difference  between  the  polished  TiN  and  AlCrN 
coatings  in    were  thus  not  observed  for  the  rough 
resurfaces.  There  was  no  significant  difference  in 
appearance  when  comparing  the  TiN  and  AlCrN 
coatings. 
 
Sergej  N.  Grigorieva  et  al  (2012)

(32)

The  concept  of 

cutting tool material in the form of layered composite 
ceramics  (LCC)  with  nano-scale  multilayer  coating 
(NMC)  for  machining  hardened  steels  as  well  as 
hard-to  machining  Ni-alloys  was  developed  and 
investigated.  The  LCC  tools  with  NMC  can  be  used 
for hardened steels machining with the use of cutting 
fluid,  for  dry  cutting  (H10-H20  ISO  Standard),  and 
for  cutting  hard  to-  machining  heat-resistant  Ni-
alloys  (S10-S20).  The  analysis  of  the  LCC-  NMC 
tools  test  results  for  the  hardened  steels  and  nickel 
alloys  cutting  allows  for  the  following  conclusions. 
The  LCC-NMC  tool  life  exceeds  that  of  standard 
coated  carbide  tools  and  standard  coated  ceramic 
tools about 2.5-8.0 times. The developed coated LCC 
tools  allows  for  increase  of  cutting  productivity  in 
1.2-1.5 times not only in comparison with the coated 
carbide tools, but also in comparison with the coated 
ceramic tools. 
 
Ping  ChuanSiowa  et  al  (2013)

(33)

The  covered 

carbide slot in can be predicted to have longer  living 
than  uncoated  carbide  included.  TiCN/ZrNv  in 
addition  to  TiCN-coated  carbide  include  had 
comparable  moreover  life  as  well  as  presentation 
with  those  of  business  TiCN-coated  carbide  add 
moreover they may achieve better than profit-making 
TiN-coated  carbide  add  in  valid  machining  request. 
The  surface  stability  of  the  in-house  developed 

Vol-1 Issue-1 2015 

 

IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396

 

1112 

www.ijariie.com 

13 

 

TiCN/ZrN  with  TiCN  coatings  was  minor  than  to 
facilitate  of  marketable  TiCN  coating  nevertheless 
higher than that of profit-making TiN coating. 
 
J. Heinrichs et al (2013)

(34)

The formation and build-

up  of  tribofilms  in  an  intermittent  sliding  contact 
between  PVD  coated  HSS  and  case  hardening  steel 
have  been  studied  for  three  different  liding  speeds. 
Two  different  commercial  PVD  coatings,  TiN  and 
AlCrN, were evaluated and the following conclusions 
could be made. With  moderate speed, two tribofilms 
are  formed  separately.  An  area  with  very  limited 
transfer  of  work  material  separates  the  two  areas  of 
oxidized  material.  The  transferred  material  has  the 
same 

appearance 

and 

chemical 

composition 

irrespective  of  coating  type  if  moderate  speeds  are 
used. Low sliding speed results in an uneven transfer 
of  steel.  High  sliding  speed  results  in  thermal 
softening  of  the  substrate,  which  leads  to  coating 
failure  and  flaking;n.b.the  coating  is  not  worn;  it  is 
the  substrate  that  is  limiting.  AlCrN  provides  better 
substrate protection at high speeds than TiN does. 
 
D.  Kottfera  et  al  (2013)

(35)

CrAlN  &  TiAlN 

monolayer  lower  roughness  when  compare  to 
monolayer TiN and KTRN. TiAlN & KTRN coating 
which leads to achieve of higher hardness and better 
coating.  The  drill  test  of  the  coated  bits  showed 
suitability  of  TiAlN  and  KTRN  coatings  for  drilling 
without  cutting  fluid  at  the  selected  conditions.  The 
bit  coated  by  TiN  and  CrAlN  suffered  significantly 
higher wear, which means significantly lower level of 
performance
 
S. Sveen et al (2013)

(36)

The scratch testing  has been 

used  in  order  evaluate  the  adhesion  between  arc 
evaporated  TiAlN  coatings  and  three  different 
substrate  materials,  i.e.  high  PCBN  content 
polycrystalline cubic boron nitride (PCBN),cemented 
carbide(CC) and high speed steel(HSS). all substrate 
resources  can  be  view  as  hard,  they  outcome  in 
completely  diverse  coating  breakdown  mechanisms 
at  the  common  load  consequential  to  substrate 
experience. moreover, coating failure resulting in sub 
strate introduction does not necessarily keep in touch 
to  interfacial  cracking  consequential  in  adhesive 
fracture  along  the  outside  layer  substrate  boundary. 
The 

results 

illuminate 

the 

importance 

of 

understanding  the  effect  of  different  types  of 
lapping/grinding  processes  in  the  pre-treatment  of 
hard  and  super  hard  sub  strate  materials  and  the 
amount and type of damage that they can create. 
 
A.  Pilkington  et  al  (2013)

(37)

The  normal  number  of 

2. 5D blind outlets drilled by  AlCrOxN 1−x covered 
M2 jobber make a hole sin D2 device steel was found 

to  be  associated  to  the  coating  rigidity.  The  coatings 
put  down  onto  M2  HSS  drills  by  way  of  a  N

2

/O

2

 

relation  of  0.9/0.1  achieve  better  than  covering 
completed  with  the  0.75/0.25N

2

/O

2

  percentage.  The 

greater  covering  thickness  of  the  AlCrON  covered 
drills  is  the  most  important  cause  for  the  advanced 
number  of  puncture  drilled  in  association  to  the 
AlCrN  covered  drills.  Pulse  bias  covering  had  a 
longer living point in time than DC partiality coatings 
for  like  reactive  gas  declaration  ratios.  The  lowest 
devotion  of  Fe–Cr–Ni  was  establishing  on  the  DC 
0.75  N

2

  0.25O

2

  covering  which  explain  the  lowest 

turn wear. 
 
Dirk  Biermanna  et  al  (2013)

(38)

Diverse  hard 

coatings  for  the  micro  grinding  of  the  austenitic 
stainless  steel  X5CrNi18-  10  were  examined  by 
revenue  of  the  process  services,  the  device  wear  in 
addition  to  the  available  surface  quality.  linking  to 
the  device  wear,  the  AlCrN  with  TiAlN  covering 
produced  the  most  excellent  outcomes.  Due  to  their 
inadequate  hardness  TiN  with  CrN  coated  apparatus 
could  not  be  capable  for  this  machining  work.  The 
CrN  coatings  show  signs  of  severe  spalling  of  the 
covering  since  of  the  chemical  reactivity  of  the 
coating of outer layer and the work piece substance. 
 
Halil 

C- 

alıs-kan  et  al  (2013)

(39)

The 

nc-

TiAlSiN/TiSiN/TiAlN has 1.7 times higher ratio than 
the  nano layered coating  and it is  the  most resistant 
coating  to  plastic  deformation  among  the  used 
coatings  due  to  its  high  hardness    and  low  Young‟s 
modulus.  The  single  layer  TiN  coating  exhibited 
superior  performance  than  all  the  other  coatings  and 
gave 

the 

lowest 

wear 

rate. 

The 

nc 

TiAlSiN/TiSiN/TiAlN coating, which has the highest 
hardness among the coatings, had the highest specific 
wear rate. 
 
W.  Henderer  et  al  (2013)

(40)

TiSiN+CrCx/C  coated 

taps have better wear resistance than TiN+CrC/C and 
DLC  coatings.  Higher  hardness  levels  can  be 
achieved  with  Ti  targets  containing  15  at.%  Si,  the 
optimum  cutting  tool  wear  resistance  was  achieved 
with  5  at.%  Si  targets.  Further  work  is  required  to 
improve  the  surface  finish  from  cathodic  arc 
deposition processes for Ti–Si–N coatings. 
 
G.K.  Dosbaeva  et  al  (2014)

(41)

  The  cutting 

temperature  measured  by  the  tool  work  piece 
thermocouple  on  the  wear  characteristics  of  carbide 
device  with  the  CVD  multilayer  TiCN  with  Al2O3 
coating,  along  with  low  element  Polycrystalline 
Cubic Boron Nitride utensils in turning toughened D2 
instrument  steel.  When  growing  the  cutting  speed  to 
175 m/min, and consequently the cutting heat to over 

Vol-1 Issue-1 2015 

 

IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396

 

1112 

www.ijariie.com 

14 

 

1100 OC, these tribo-films develop into unsuccessful, 
and PCBN has the extended instrument living due to 
its  higher  hot  rigidity.  Adhesive  as  well  as  chemical 
wear  can  be  measured  the  most  important  wear 
mechanisms in the used PCBN cutting device. 
 
Yin-Yu  Chang  et  al  (2014)

(42)

The  Si  containing 

TiAlSiN  coatings  have  better  oxidation  resistance 
compared  to  the  TiAlN.  All  the  deposited  coatings 
exhibited good adhesion strength (HF1– HF2 ranking 
according  to  VDI  3198  standard)  on  the  tungsten 
carbide tools. It showed that the Cr

0.47

A

l0.46

Si

0.07

N and 

Ti

0.55

Al

0.40

Si

0.05

N  possessed  higher  thermal  stability 

than  Ti

0.52

Al

0.48

N.  It  is  confirmed  in  the  dry  cutting 

tests  that  the  multi  component  coatings  are  useful  at 
high speed machining of the Ti–6Al–4V alloys. 
 
YouqiangXing 

et 

al 

(2014)

(43)

The 

cutting 

performance of the WS2/Zr coated tools and WS2/Zr 
coated  nano-textured  tools  is  significantly  improved 
compared  with  the  conventional  Al

2

O

3

/TiC  ceramic 

cutting  tools.  The  nano-textured  Al

2

O

3

/TiC  ceramic 

cutting  tools  deposited  with  WS2/Zr  composite  soft 
coatings  are  more  effective  in  reducing  the  cutting 
force,  cutting  temperature,  friction  coefficient  and 
tool  wear  compared  with  the  WS2/Zr  coated  tool 
without nano-textures on its rake face. 
A.Thakur  et  al  (2014)

(44)

Coated  tool  on  the  other 

hand  helps  to  prevent  severe  escalation  of 
temperature,  but  at  the  same  time  results  in  a 
thermally  dominated  layer  (due  to  lower  thermal 
conductivity  of  Al

2

O

3

  coating  as  explained  before) 

possessing  less  hardness.  Therefore,  it  may  be 
concluded  that  CVD  multilayer  coating  has 
synergistic  influence  on  the  improvement  of  the 
machined surface integrity-based super alloy (Inconel 
825). 

 

CONCLUSION 

 

Nitride  based  ternary  thin  films  like  TiAlN  and  CrN 
has  great  demand  in  industrial  applications,  as  it 
gives  better  film  properties  like  high  hardness,  low 
coefficient  of  friction,  good  wear  resistance  and 
excellent corrosion protection, high melting point etc. 
as  compared  to  binary  nitride  compounds  (e.g.  TiN, 
MoN,  VN).  In  the  present  work  the  performance  of 
coated  tools  in  machining  hardening  steel  under  dry 
conditions  is  studied.  The  results  shows  that  the 
TiAlN  and  CrN  coated  tool  perform  better  as 
compared  to  uncoated  cutting  tool.  The  effect  of 
cutting  is  to  reduce  wear  and  tear  of  tool  tip  point 
hence the increase in tool life. After the Experimental 
Coated tools performance best to uncoated tools.  
 
 

 

 

REFERENCES 

 

(1) 

K.S.  Rajam,  B.  Deepthi  ,H.C.  Barshilia,

 

Vacuum 81 (2006) 479–488. 

(2)  

M.  Andritschky,F.  Vaz,  L.  Rebouta,  J.C 
Soares, 

M.F 

da 

Silva, 

J. 

Mater. 

Process.Technol. 92–93 (1999) 169. 

(3)  

J.  Vac.,W.D.  Munz,  Sci.  Technol.  A  4 

 

(1986) 2717. 

(4)  

K.  Yamamoto,G.S.  Fox-Rabinovich,  S.C. 
Veldhuis,  G.K.  Dosbaeva,  A.I.  Kovalev, 
,Surf. Coat.Technol. 200 (2005) 1804. 

(5)  

D.  Rafaja,  et  al.,  Surf.  Coat.  Technol.  201 

 

(2007) 9476–9484. 

(6)  

A.K.  Hashimoto,  T.  Suzuki,    M.  Kawate,

 

Surf. Coat.Technol. 165 (2003) 163. 

(7)  

C.H.  Mitterer,  B.  Sartory,  A.E.  Reiter,    J. 

 

Vac.  Sci.  Technol.  A:  Vac.  Surf.  Films 

 

25(2007) 711. 

(8)  

A.S.  Argon,  R.F.  Zhang,S.  Veprek,  Phil. 

 

Mag. Lett. 87 (2007) 955. 

(9)  

J.G.  Maritza,  S.  Veprek,    Veprek-Heijman, 

 

Surf.Coat. Technol. 202 (2008)5063–5073. 

(10)  

M.G.  Faga,  L.  Settineri,  G.  Gautier,  M. 

 

Perucca,  CIRP  Ann.  Manuf.  Technol. 

 

57 (2008) 575–578. 

(11)  

S. Imamura, et al., Surf. Coat. Technol. 202 

 

(2007) 820–825. 

(12)  

M. Hagarova, O. Blahova, J. Savkova, Acta 

 

Metall.  Slovaca  15  (4)  (2009)  221–

 

227,ISSN1338-1156. 

(13)  

M.  Hagarova,  J.  Met.  Mater.Miner.17  (2) 

 

(2007) 29–35, ISSN 0857-6149. 

(14)  

Yang  Leng,  Hong  Kong  University  of 

 

Science 

and 

Technology," 

Materials 

 

Characterization 

Introduction 

to 

 

Microscopic  and  Spectroscopic  Methods", 

 

ISBN 978-0-470-82298-2 

(15)  

J.  Nickel  ,A.N.  Shuaib,  B.S.  Yilbas  ,S.M. 
Nizam,  "Evaluation  of  the  wear  of  plasma-
nitrided and TiN-coated   HSS  drills  using 
conventional  and  Micro-PIXE  techniques", 
Wear, 2000, 239, 155–167 

(16)  

J.  Wang,  “The  effect  of  the  multi-layer 

 

surface coating of carbide inserts on the  

 

cutting forces in turning   operations”, 

 

Materials  Processing  Technology,  2000,97, 

 

114-119 

(17)  

V.  Fox,  A.  Jones,  N.M.  Renevier  ,  D.G. 

 

Teer,  “Hard  lubricating  coatings  for  cutting 

 

and forming tools and  

mechanical 

 

components”, 

Surface 

and 

Coatings 

 

Technology, 2000, 125, 347–353 

Vol-1 Issue-1 2015 

 

IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396

 

1112 

www.ijariie.com 

15 

 

(18)  

G.S.  Fox-Rabinovich,  N.A.  Bushe,  A.I. 
Kovalev  c,  S.N.  Korshunov,  L.Sh.  Shuster, 
G.K. Dosbaeva, "Impact of  

ion 

modification  of  HSS  surfaces  on  the  wear 
resistance  of  cutting  tools  with  surface 
engineered coatings"  

Wear, 

2001,249,1051–1058. 

(19)  

J.  Richter,  J.  Cwajna  ,  J.  Szala,  " 

 

Quantitative  assessment  of  new  high  speed 

 

steel substrate and PVD wear  

resistant 

 

coatings",  Materials  Characterization,2001, 

 

46,137– 142 

(20)  

L.A.  Dobrza´nskia,  K.  Gołombeka,  J. 
Kopaˇc,  M.  Sokovi´c,  “Effect  ofdepositing 
the  hard  surface  coatings  on  properties  of 
the  selected  cemented  carbides  and  tool 
cermets”,  Materials Processing Technology, 
2004,   157–158,304–311  

(21)  

G.S. Fox-Rabinovicha, S.C. Veldhuisa, G.C. 

 

Weatherlya,A.I.

 

Kovalevb,S.N.Korshunovc,V.N.cvortsovd,

 

G.K.Dosbaevaa,L.Sh.Shustere, 

D.L. 

 

Wainsteinb,  "Improvement  of  duplex  PVD 

 

coatings for HSS cutting   tools 

by 

ion 

 

mixing",  Surface  &  Coatings  Technology, 

 

2004, 187, 230– 237 

(22)  

A.E.  Reiter  ,  B.  Brunner,  M.  Ante  ,  J. 

 

Rechberger,  "  Investigation  of  several  PVD 

 

coatings for blind hole  

tapping 

in 

 

austenitic 

stainless 

steel", 

Surface 

 

&Coatings  Technology,  2006,  200,  5532  – 

 

5541 

(23)  

Fehim  Findik  ,  Erdal  Celik,  RecepYigit  ,  ,

 

Sakip  Koksal,  “Tool  life  performance  of 

 

multilayer hard coatings   produced 

by 

 

HTCVD  for  machining  of  nodular  cast 

 

iron”,  Refractory  Metals  &  Hard  Materials, 

 

2008, 26,  

514–524 

(24) 

J.  Gertha,  M.  Larssonb,  U.Wiklunda,  F. 
Riddara,  S.Hogmarka,  "On  the  wear  of 
PVD-coated HSS hobs in dry  

gear 

cutting", Wear, 2009, 266,444–452 

(25) 

M.  Sokovi  ´c,  B.  Bariˇsi  ´c,  S.  Sladi´, 

 

“Model  of  quality  management  of  hard 

 

coatings on ceramic cutting  

tools”, 

 

Materials  Processing  Technology,  (2009), 

 

209, 4207–4216 

(26)  

F.  Qin  a,  Y.K.  Chou  ,D.  Nolen  ,  R.G. 
Thompson,  “Coating  thickness  effects  on 
diamond coated cutting tools”,  

Surface 

&  Coatings  Technology,  2009,  204,  1056–
1060 

(27)  

M.A. 

ElHakim, 

M.D.Abad 

,M.M.Abdelhameed 

M.A.Shalaby 

,S.C.Veldhuis,  "  Wear  behavior  of  some 
cutting   tool  materials  in  hard  turning  of 

HSS",  Tribology  International  ,  2011,  44, 
1174–1181 

(28)  

A.S.H. Basari,A.S.M. Jaya, M.R. Muhamad, 

 

M.N.A. Rahman, S.Z.M. Hashim, H. Haron, 

 

“Application of   ANFIS 

in 

predicting 

 

TiAlN  coatings  flank  wear”,  International 

 

Conference  on  Computational  Intelligence, 

 

Modeling    &  Simulation, 2011 

(29)  

D.  Jakubéczyová,  P.  Hvizdoˇs,  M. 
Selecká,"Investigation 

of 

thin 

layers 

deposited  by  two  PVD  techniques  on 
 

high  speed  steel  produced  by 

powder 

metallurgy", 

Applied 

Surface 

Science, 2012, 258, 5105– 5110 

(30)  

TurgayKıvak,  GürcanSamtas,  Adem  Çiçek, 

 

"Taguchi  method  basedoptimisation  of 

 

drilling parameters in  

drilling  of  AISI 

 

316  steel  with  PVD    monolayer  and 

 

multilayer 

coated 

HSS 

drills", 

 

2012,Measurement, 45,   1547–1557 

(31) 

J. Heinrichs , J.Gerth , U.Bexell , M.Larsson 
,  U.Wiklund,  "  Influence  from  surface 
roughness on steel transfer  

to  PVD 

tool  coatings  in  continuous  and  intermittent 
sliding  contacts",  Tribology  International, 
2012, 56,  

9–18 

(32)  

Serge N. Grigorieva, A.A. Vereschaka, A.S. 

 

Vereschaka,  A.A.  Kiting,  “Cutting  tools 

 

made of layered   composite 

cero, 

micas 

 

with  nana-scale  multilayered  coatings”, 

 

Proscenia CIRP, 2012 , 1, 301 – 306 

(33)  

Ping 

ChuanSiowa, 

JaharahA.Ghania, 

 

n,Mariyam  Jameelah  Ghazalia,  TalibRia-

 

Jaafarb, Mohamad  

AsriSelamatb, 

 

CheHassan  Che  Harona,  “Characterization 

 

of TiCN and TiCN/ZrN coatings for cutting 

 

tool  

application”, 

Ceramics 

 

International, 2013, 39, 1293–1298 

(34)  

J. Heinrichs, J.Gerth, T.Thersleff , U.Bexell, 
M.Larsson  ,  U.Wiklund,  "Influence  of 
sliding speed on modes of  material 
transferas  steel  slides  againstPVD  tool 
coatings", Tribology International, 2013, 58, 
55–64  

(35)  

D.  Kottfera,  M.  Ferdinandy,  L.  Kaczmarek, 
I.  Maˇnkováa,  J.  Beˇnoa,  "Investigation  of 
Ti and Cr based PVD  

coatings 

deposited  onto  HSS  Co5twist  drills", 
Applied  Surface  Science,  2013,  282,  770– 
776 

(36)  

S.  Sveen,  J.M.Andersson,  R.M‟Saoubi, 
M.Olsson,"  Scratch  adhesion  characteristics 
of PVD TiAlN deposited   on  high  speed 
steel,cemented 

carbideand 

PCBN 

substrates", wear, 2013, 308, 133–141 

Vol-1 Issue-1 2015 

 

IJARIIE-ISSN(O)-2395-4396

 

1112 

www.ijariie.com 

16 

 

(37)  

A.Pilkington 

S.J.Dowey 

,J.T.Toton 

,E.D.Doyle, 

Machining 

with 

AlCr 

oxinitride  PVD  coated  cutting  tools", 
 

Tribology  International,  2013,  65, 

303–313 

(38)  

Dirk  Biermanna,  Markus  Steinera,  Eugen 
Krebs,  “Investigation  of  Different  Hard 
Coatings 

for 

Micromilling 

of 

 

Austenitic 

Stainless 

Steel”, 

ProsceniaCIRP , 2013 ,7, 246 – 251 

(39)  

HalilC-alıs-kan,CahitKurbano˘glu, 

 

PeterPanjan,MihaˇCekada,DavorinKramar 

 

“Wear 

behavior 

and 

cutting                                  

 

performance of nanostructured hard coatings 

 

on  cemented  carbide  cutting  tools  in  hard 

 

milling”, Tribology  

International, 

 

2013,62, 215–222 

(40)  

W. Henderer , F. Xu, “Hybrid TiSiN, CrC/C 

 

PVD  coatings  applied  to  cuttingtools”, 

 

Surface & Coatings  

Technology, 

 

2013,215, 381–385 

(41)  

G.K.  Dosbaeva,  M.A.  El  Hakim,  M.A. 
Shalaby,  J.E.  Krzanowski,  S.C.Veldhuis, 
“Cutting temperature effect on  

PCBN 

and  CVD  coated  carbide  tools  in  hard 
turning of D2 tool steel”, Refractory Metals 
and Hard  

Materials ,2014 

(42)  

Yin-Yu  Chang  ,  Hsing-Ming  Lai,  “Wear 

 

behavior and cutting performance of Carlson 

 

and TiAlSiN hard  

coatings 

on 

 

cemented carbide cutting tools for Tialloys”, 

 

Surface & Coatings Technology, 2014 

(43)  

YouqiangXing,  JianxinDeng  n,  ShipengLi, 
HongzhiYue, 

RongMeng, 

PengGao, 

“Cutting 

performance 

and 

wear 

 

characteristics 

of 

Al2O3/TiC 

ceramic  cutting  tools  with  WS2/Zr  soft-
coatings and nana-textures in dry  cutting”, 
wear, 2014, 318,12–26 

(44)  

A.Thakur,  S.Gangopadhyay*,  K.P.Maity, 

 

“Effect of cutting speed and tool coating on 

 

machined surface  

integrity  of  Ni-

 

based  super  alloy”,  ProsceniaCIRP,  2014, 

 

14, 541 – 545