3.5　物理氣相沉積（PVD）涂層設備

自20世紀80年代中期以TiN涂層為標志，涂層應用開始以來，隨著生產和使用的需要，涂層種類獲得了巨大的發展，不僅能在高速鋼刀具表面涂上TiN，還能涂TiCN、TiAlN、AlTiN、AlCrN、AlTiSiN等。以前涂單層，現在能涂多層。裝備是工藝實現的重要保障，在涂層工藝和品種的發展過程中，涂層設備也實現了巨大的發展。

①在涂層原理方面已從最早的熱弧沉積方式發展到了磁控濺射沉積方式，多弧沉積方式，不同原理組合沉積方式等，見圖3-26、圖3-27、圖3-28。

②陰極靶材。多弧陰極靶材主要體現在以下幾種。

a.平面矩形靶。這種靶適合大爐腔，對于徑比小的刀具如拉削刀具的涂層性能較為均勻，涂層過程中厚度一致性好，但利用率不高。

b.圓形弧靶。這種靶利用率較高，但在爐膛內的布置一定要合理，否則會影響沉積厚度的均一性。

c.圓形鑲嵌平面矩形靶。這種靶結合著上述兩種靶的優點。同時，可有效實現不同成分靶材的組合。

d.柱狀靶。這種靶利用率最高，爐腔內涂層厚度均一，但更換靶材較為復雜。

靶材的發展，在提高膜層質量的前提下，越來越注重靶材的利用率。在正常生產過程中，涂層的主要耗材成分來自于靶材，為此新的涂層設備一般都裝有靶材保護裝置，以防非涂層階段靶材受到污染。

③偏壓。從直流偏壓發展到脈沖直流偏壓，有利于提高膜層質量，擴大涂層材料范圍。

④涂層前后的處理系統。涂前涂后處理是涂層制備工序中的主要環節，也是涂層工藝重點研究的對象。主要工藝包括干、濕噴砂，微噴砂，拋光，退鍍，修磨，清洗等內容。

⑤新的涂層設備一般都將以前的氬氣刻蝕系統升為氬氣、氫氣及金屬離子刻蝕系統，最大限度地提高膜基結合力。

⑥保護罩的廣泛應用是涂層裝備眾多革新技術中的一個典型細節。目前，有的涂層裝備既在靶材上裝保護罩，也在加熱器上裝保護罩。在提高靶材利用率的同時，可以有效避免沉積過程中加熱器上附著物的飛濺，提高膜層質量，延長加熱器的使用壽命。

⑦提高涂層效率，縮短涂層時間是涂層設備設計和制造過程中應重點考慮的環節之一。如Balzers開發的BCS快速涂層系統就是基于這方面的考慮。各家的主要技術就是如何提高靶材離化率和有效沉積率。采取的措施包括輔助陽極沉積系統、增強離子沉積系統等。

目前，PVD涂層設備大多從德國、瑞士、美國等國家進口，在刀具上運用比較成功，也很普及。