浅析硬质涂层的发展现状及未来趋势

　　经过数十年的发展，硬质涂层的发展已经上了一个新的台阶。从二十世纪七十年代化学气相沉积（CVD）技术制备TiN开始，经历了物理气相沉积技术的出现，TiAlN涂层的广泛应用，直至如今的AlTiN，CrAlN，TiAlSiN，金刚石等一系列新型涂层的诞生和应用。硬质涂层已经呈献百花齐放的态势。

　　硬质涂层的市场随着加工技术的更高要求而不断扩大，在国内也具有越来越大的市场。硬质涂层在工具上的应用按照市场占有量的划分主要为：刀具涂层70％，模具涂层25％，零部件涂层5％。硬质涂层技术主要有阴极电弧离子镀技术和磁控溅射技术。目前国际上最富盛名的涂层公司主要有瑞士的Balzers，Platit和Sulzer，德国的CemeCon和PVT，英国的Teer等公司。其中，只有CemeCon和Teer公司是采用磁控溅射技术，而其它公司都以阴极电弧离子镀技术为主。电弧技术和磁控溅射技术的区别主要为：电弧技术可以获得接近90％的离化率和较快的沉积速率，但存在液滴的问题；磁控溅射技术可以获得平整的表面，但离化率和沉积速率都相对较低。

　　目前，两种技术都在不断向前发展。Balzers公司采用的是最传统的小圆弧技术，但是通过提高圆弧靶的直径的方式，提高了冷却效率，使得液滴的尺寸相对传统圆弧更小。PVT公司采用的是矩形电弧技术，用增大面积和加长电弧运动轨迹的方法提高靶材的冷却，使得液滴尺寸小于1微米。Platit公司采用的是柱状电弧技术，在电弧工作的同时，靶管旋转，使靶材获得充分的冷却，其宣称的液滴尺寸为0.01微米量级。磁控溅射技术也在不断进展，Teer公司提出的闭合磁场非平衡磁控溅射技术能够大幅度提高离化率，成为磁控溅射膜层质量提升的关键。随着中频孪生磁控技术和非平衡磁控溅射技术的结合，磁控溅射技术已经能够获得与电弧技术相当的优质膜层。

　　2000年以后，在国内许多城市都出现了很多国外公司的硬质涂层加工中心。尤其以长江三角洲居多，Balzers，CemeCon，IonBond，Hauzer等在苏州建厂，Platit，Teer，Sulzer在上海建厂，更多厂家在常州设有设备。同时，PVT在哈尔滨和东莞，Balzers在天津、汉中、成都、株洲都开始设立加工中心。还有很多世界上二三流的公司也涌入国内，在广东，上海，天津等地从事镀膜服务。工具的硬质涂层服务有地域性的限制。这通常是由于工具使用厂家比较分散，且对工具涂层时间要求常为2到3天而形成的。从国际经验看，一个涂层加工中心的有限服务范围为200公里。

　　我国引入硬质涂层技术是从上世纪八十年代开始的，当年有工业部组织国内几家大型国有刀具生产厂，如哈一工，上海工具厂等，从美国Multi-Arc公司引入的电弧技术沉积TiN涂层。后来对国外设备进行了测绘和仿制，但是没有形成真正的生产能力。国内长期从事硬质涂层生产的主要企业是成都工具研究所，主要使用Balzers的CVD沉积TiN技术。进入二十一世纪以来，国内越来越多从事工具行业的专家认识到工具涂层的重要性，也有越来越多的厂家开始大规模的使用涂层工具。近年来，国内的部分高等院校、研究单位和公司投入了大量的精力从事硬质涂层的研究和产业化尝试。目前国际上流行的TiAlN和AlTiN都开始逐步被国内厂商掌握，并开始实现工业化。

　　未来随着工业需求的不断增加，对硬质涂层的要求也将愈发严格。未来的涂层将有两大趋势：超硬涂层和低摩擦系数涂层。

　　 1.超硬涂层

　　超硬涂层一般是指维氏硬度在40GPa以上的硬质涂层。主要有：

　　1)金刚石涂层(硬度为50-100GPa，与晶体取向有关)

　　2)立方氮化硼(e-BN)涂层(硬度为50-80GPa)

　　3)类金刚石涂层(DLC，因工艺不同硬度可在10GPa-60GPa的宽广范围内变动)

　　4)碳氮涂层(CNx，硬度可达15GPa-50GPa)

　　5)纳米复合涂层和纳米多层涂层(TiN/NbN纳米多层涂层硬度为51GPa，TiYN/VN纳米层涂层硬度高达78GPa)

　　2.低摩擦系数涂层

　　低摩擦系数涂层主要包括钼基涂层(二硫化钼)，和碳基涂层(金刚石、类金刚石、碳氮涂层等)，摩擦系数均可达到0.1以下。

　　信息来源：中国机经网