1、引言

當前，制造業(yè)已發(fā)生了革命性的轉變，以數控機床為基礎的現代制造技術(shù)正朝著(zhù)高速、干式切削加工的方向邁進(jìn)。在該領(lǐng)域中，切削刀具制造技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。由于刀具涂層技術(shù)可大幅度地提高切削刀具的綜合性能，尤其是近年來(lái)超硬薄膜設計概念的提出，在理論上可有效地改善刀具的高溫性能，使涂層刀具應用于高速、干式切削加工成為可能。在數控機床日益普及，現代先進(jìn)制造技術(shù)概念逐漸形成及國家大力推進(jìn)節能、環(huán)保制造模式的影響下，自2000年起，國內刀具涂層技術(shù)掀起了第二次發(fā)展熱潮，發(fā)展的重點(diǎn)為各類(lèi)PVD工藝技術(shù)。大a專(zhuān)院校以設計、表征超硬薄膜為主要研究方向，而社會(huì )興辦刀具涂層加工服務(wù)中心則成為國內刀具涂層業(yè)發(fā)展的主流。盡管?chē)鴥鹊毒咄繉蛹夹g(shù)水平依然落后，但應用市場(chǎng)的普及性及需求量已遠遠超出預計結果。因此，高水平、穩定的刀具涂層技術(shù)是國內工具行業(yè)極其渴望的，如果國內能開(kāi)發(fā)出相應的原創(chuàng )技術(shù)，則短期內可在國內形成廣泛的刀具涂層加工服務(wù)體系，并會(huì )帶來(lái)巨大的社會(huì )經(jīng)濟效益。

2、國內商業(yè)應用PVD技術(shù)概況

國內PVD涂層技術(shù)的研發(fā)工作始于八十年代初，八十年代中期研制成功中小型空心陰極離子鍍膜機及高速鋼刀具TiN涂層工藝技術(shù)。由于對刀具涂層市場(chǎng)前景的看好，國內引進(jìn)了熱陰極離子鍍及陰極電弧(多弧)離子鍍技術(shù)與裝備。技術(shù)及裝備的引進(jìn)摧動(dòng)了國內刀具PVD涂層技術(shù)的*次開(kāi)發(fā)熱潮，國內各大真空設備廠(chǎng)及科研單位紛紛展開(kāi)了離子鍍膜機的研制工作，并于九十年代初開(kāi)發(fā)出多種PVD設備。但由于大多數的設備性能指標低，涂層工藝穩定性差，預期的市場(chǎng)效益未能實(shí)現，從而導致了近十多年國內刀具PVD涂層技術(shù)處于徘徊不前的局面。盡管九十年代末國內成功開(kāi)發(fā)出了硬質(zhì)合金TiN-TiCN-TiN多元復合涂層工藝技術(shù)，并達到了實(shí)用水平，但在隨后的發(fā)展過(guò)程中也并未得到市場(chǎng)認可。隨著(zhù)我國汽車(chē)工業(yè)的迅速崛起、先進(jìn)制造技術(shù)的大量引進(jìn)及數控加工技術(shù)大面積的普及，自本世紀初，PVD技術(shù)在國內掀起了第二次開(kāi)發(fā)熱潮。與九十年代不同，目前國內PVD技術(shù)的發(fā)展更具多元性及創(chuàng )新性，歸納起來(lái)有以下幾種類(lèi)型：

①陰極電弧法(Cathode Arc Deposition)國內已由小圓型陰極電弧技術(shù)發(fā)展到大面積陰極電弧技術(shù)及柱型靶陰極電弧技術(shù)，主要用于TiAlN等薄膜的制備。

②熱陰極法(Hot Cathode Plating)源于Balzers的技術(shù)，主要用于TiN等薄膜的制備。

③磁控濺射法(Magnetron Sputter Plating)近年來(lái)，磁控濺射技術(shù)一直是國內涂層業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向，先后出現了非平衡磁控濺射技術(shù)、磁控濺射加輔助離子源技術(shù)等，可制備各類(lèi)薄膜。

④磁控濺射附加陰極電弧法目前國內已較多采用的技術(shù)，可用于多種薄膜的制備。

⑤空心陰極附加磁控濺射及陰極電弧法空心陰極在國內是一項傳統技術(shù)，其應用市場(chǎng)仍舊存在。為了充分發(fā)揮此技術(shù)的特點(diǎn)，國內的研究者將空心陰極與磁控濺射技術(shù)、陰極電弧技術(shù)結合在一起，用于多元薄膜的制備，且這種全新的嘗試已對市場(chǎng)產(chǎn)生了影響。

歸納起來(lái)，國內刀具涂層技術(shù)開(kāi)發(fā)的目的仍以TiAlN薄膜為主，上述各類(lèi)技術(shù)已可在切削刀具上制取多種膜層，包括TiAlN薄膜，但目前所欠缺的是應用基礎的研究及工業(yè)化生產(chǎn)工藝穩定性的保障。

3、當前國內薄膜技術(shù)研究的主要熱點(diǎn)

近年來(lái)納米超硬膜技術(shù)已成為涂層領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，自2000年以來(lái)在國內已進(jìn)入持續開(kāi)發(fā)階段。超硬膜定義為硬度大于40GPa，眾所周知，金剛石、立方氮化硼、非晶態(tài)類(lèi)金剛石等具有超硬膜的本征硬度，其研究及應用已經(jīng)歷了較長(cháng)時(shí)間，但其膜系本身的某些特性卻制約了應用領(lǐng)域的拓展。如金剛石薄膜并不適合于鐵基材料的切削加工，而立方氮化硼薄膜由于難于與刀具基體結合、易剝落，且高純度的c-BN制備困難，也尚未達到商業(yè)應用水平。因此近年來(lái)薄膜技術(shù)的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)更多的集中于非本征超硬膜的研究。非本征硬度超硬薄膜的超硬性和力學(xué)性能主要來(lái)自于它們組成物的性質(zhì)和超細顯微結構，其組成物多為氧化物、碳化物、氮化物及硼化物，而其顯微結構達到了納米數量級。