涂层材料应满足下列要求：
1）高的室温和高温硬度。
2）良好的化学稳定性与基体材料粘接牢固。
3）应有渗透性和无气孔。
4）良好的工艺性和低的成本。
常用的涂层材料有碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、碳氮化物等，近年来还发展了聚晶金刚石和立方氮化硼涂层。具体有：
1）涂层化合物材料。
2）软涂层材料（见4.2.4节）。
3）复合化合物涂层材料。复合化合物涂层材料综合了各种材料的优点，目前在刀具涂层中占据了主导地位。
氮碳化钛（TiCN）涂层是在单一的TiC晶格中，用N原子占据原来C原子在点阵中的位置而形成的复合化合物，具有TiC和TiN的综合性能，硬度（特别是高温硬度）高于TiN，耐磨性显著提高，成为一种比较理想的刀具涂层材料。
氮铝化钛（TiAlN）涂层是TiN和Al2O3的复合化合物，此类涂层材料既具有TiN的硬度和耐磨性，同时在切削过程中氧化生成Al2O3，形成一层硬质惰性保护膜，起到抗氧化和耐扩散磨损的作用。加工高速钢、不锈钢、钛合金、镍合金时比TiN涂层刀具寿命提高3～4倍；在高速切削中，切削效果明显优于TiN和TiCN涂层刀具。
氮铬化铝（AlCrN）涂层是一种具有立方晶格的高热硬性和高耐磨性的涂层。此类涂层硬度高达2800～3200HV，可在温度达到1100℃时仍能保持高硬度。适合于包括齿轮滚刀、立铣刀、铣刀片在内的多种高速钢和硬质合金刀具，也适合于具有耐热性和扩散稳定性好的PCBN、Si3N4基体材料的车削刀具，加工不锈钢时具有良好的卷断切屑性能。
4）纳米涂层材料。TiSiN类纳米结晶涂层是由具有超细微晶粒的组织构成的，这种纳米结晶粒由fcc结构构成，基体组织结构为非晶质结构，因而具有较高的硬度。其硬度随Si含量增加而显著提高，一般硬度为3600HV，在理想状态下可达4000HV。带TiSiN涂层的刀具能够在切削速度150m/min、干式、超硬下进行，切削区温度800～900℃，刀具温度400℃，切削性能是TiAlN涂层刀具的2～3倍。(www.xing528.com)
CrSiN类纳米涂层是一种抗粘附性和耐磨性兼备的纳米复合涂层，CS膜是由几纳米的超细晶粒或富含硅的非结晶体形成的复合物，从而保持了润滑性和硬度两种优良特性。在低碳钢或调质钢材料的加工中，应用CrSiN纳米涂层刀具可解决切削刃上积屑瘤反复粘附和脱落现象，有效降低工件的表面粗糙度值和提高刀具的寿命。与TiAlN涂层刀具相比，切削速度提高3倍，同时也可以实现进给速度提高3.8倍，提高了的生产效率。
TiBON涂层是一种高温化学性能稳定的涂层，在TiBON涂层膜中有c-BN和h-BN结晶存在，同时还有Ti的氧化物，这种BN结晶的存在可提高润滑性，降低高温下的摩擦因数，抑制了大背吃刀量、大进给量加工中的磨损。在2000r/min的高速切削条件下，切削能力是TIAlN涂层刀具的3倍。
作为涂层刀具的基体材料应满足下列要求：
1）有良好的韧性和较高的强度。
2）具有高的硬度。
3）其化学成分要与涂层材料相匹配，相互之间粘接牢固。
4）其线胀系数要与涂层材料相匹配。
5）有高的导热性能等。为了获得良好的使用性能，对于不同的涂层材料应使用相匹配的基体。
涂层方式有单涂层、多涂层、梯度涂层、软/硬复合涂层、纳米涂层、超硬薄膜涂层等。
涂层厚度一般为5～6μm，涂层太薄，则耐磨性能差，不能有效地保护基体；涂层太厚，则材料强度降低。不同的涂层物质有其不同的涂层厚度。由于涂层与基体材料之间的线胀系数的差别，在涂层中通常会产生残余应力。在所有的用CVD法的涂层中随涂层厚度的增加残余应力增大。过大的残余应力会导致产生裂纹，从而使材料的强度降低。涂层材料的硬度对涂层厚度也有影响，一般涂层越硬，涂层厚度对裂纹越敏感。因此，较硬的TiC和Al2O3涂层通常都比TiN涂层要薄一些。对于涂层刀片，涂层厚度增加，涂层刀片的硬度增加，刀片的耐磨性能也相应的增加。但当涂层达到一定厚度后，刀片的韧性将下降，因此，从考虑刀片的寿命出发，有一适宜的涂层厚度。
刀具涂层与基体匹配的关系主要有两点：两者的弹性模量和线胀系数应该接近，以减小界面和涂层的内应力；两者在材料结构和化学性能上要匹配，以得到较高的界面结合强度。因此应根据基体条件的特性使用相匹配的涂层材料。
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