一、在各種被加工材料中，沃斯田不鏽鋼、高錳鋼、淬硬鋼、複合材料和耐磨鑄鐵等材料加工難度很高，但隨（suí）著產業的發展（zhǎn），這些材料的用量不斷增加。同時，今（jīn）後隨著各行各業對用材要求的（de）不斷提高，更多的（de）新材料會（huì）出現，如在航天工業（yè）領域，鈦合金、鎳基合金以及超耐熱合金、陶瓷（cí）等難加工（gōng）材料，每一種新型材（cái）料都（dōu）對切削加工提出了新的（de）挑（tiāo）戰（zhàn）。


覆膜刀具的出現是刀具（jù）材料發展中的（de）一次革（gé）命（mìng），采用鍍膜技術可有效提高切削刀具使用壽命，使刀具獲得優（yōu）良的整體機械性能，從而大幅度提高機械加工效率。因此，工業（yè）先進國家使用的覆膜刀具在切削刀具中占的比例越來越大，約達70%～80%的比重。所示為刀具鍍膜的發展（zhǎn）曆程，從第（dì）一代的單一膜層逐漸發展到多元多層膜層，以滿足不同材料及切削環境（jìng）的切削加工。

pvd真空鍍膜

二、技術（shù）發展動向

(一（yī）)薄（báo）膜的多元（yuán）化及服務的客製化

進入21世紀的PVD技術與（yǔ）1990年代相比，已發生了極大變化，從單一的TiN、TiCN、TiAlN發展到現在的數十種鍍膜型態，針對不同的切（qiē）削（xuē）加工應用條件，可對薄膜（mó）成分、結構進行選擇，透過適（shì）當的製備技術，以（yǐ）獲取令人滿意的切削效（xiào）果。例如在齒輪加工中，除了對 zz覆膜刀具的使用壽（shòu）命有嚴格要求外，如何保證齒（chǐ）輪的精度及表麵質量同（tóng）樣至關重要，因此目前（qián）普遍采用的是複合膜層，即硬塗層+軟塗層，當（dāng）然（rán）對於不同的鍍膜廠（chǎng）商（shāng）而言（yán），達成此（cǐ）目的的製程方（fāng）法不盡相同；而在高速銑削加工中，往往隻采用硬質（zhì）塗層。此外（wài）客製化服務的概念初步形（xíng）成，例如Platit公司的鍍膜設備采用了（le）開放式工作模式，可（kě）針對不同的客戶隨時開發更適合的鍍膜技術。


(二)高速及幹式切削之鍍（dù）膜（mó）技術的開發

在高速加工或幹式切削過程中，溫度成為影響刀（dāo）具使用壽命的（de）主要原因（yīn），因此提高薄膜的高溫性能、保證覆膜刀具的紅硬性（xìng）成為（wéi）近幾年PVD技術的開發重點。欲改（gǎi）進氮鋁鈦膜層，提高薄膜中（zhōng）Al的（de）含量是有效（xiào）方法之一，因此出現了所謂的AlTiN鍍層(Al含量大於（yú）50%)，應該說隨著（zhe）Al含量的增（zēng）加(在（zài）一定範（fàn）圍內)，薄（báo）膜的整體效（xiào）能有所提升，但仍（réng）有一些關（guān）鍵技術有待解決：比如說，如何在生產（chǎn）過程中完成這種鍍膜，尤其當Al含量超過65%時，在這種膜層（céng）中如何控製AlN的晶（jīng）體結構等（děng）。從最新的（de）發展來看，各鍍（dù）膜業者已透過其他的薄膜技術解決了高速、高溫切削加工問題，如（rú）Balzers的AlCrN鍍膜、Platit的(nc-Ti1-xAlxN)/(αSi3N4) 鍍膜、CemeCon的TINALOX鍍膜、Metaplas的AlTiN-saturn鍍膜都具有優異的高溫性能，並（bìng）已成功應用於高速（sù）、幹式切（qiē）削加工領（lǐng）域。

五金鍍膜（mó）

(三)膜層組織結（jié）構之改善

目前在PVD市場中，陰極電弧離（lí）子鍍技術仍（réng）占主導地位，但（dàn）與先前不同，無論哪一個采用陰極電弧離子鍍技術的公司，都試圖透過硬件的開（kāi）發及製程（chéng）的調整來改（gǎi）善膜層的組織結（jié）構，避免“液滴”和柱狀晶的產（chǎn）生。尤（yóu）其是隨著奈米概念的出現，致使陰極電弧薄膜塗層組織獲得根本（běn）的改善，采用該技術得到的膜層表麵粗糙度Ra值已小於0.15μm，因此使（shǐ）得陰極電弧（hú）塗層的整體效能（néng）得以提高，並為市場所接受。


(四)PVD鍍膜領域（yù）的新概念

眾所周知（zhī），與PVD技術相對應（yīng）的是CVD技術，該項技術結合（hé）強度高、膜層厚，並且（qiě）可以（yǐ）塗鍍α-Al2O3膜層，因此更適合於中型、重（chóng）型切削的高速、幹式粗加工及半精加工領域。如何利用PVD技術，開發出Al2O3鍍膜技術，實現厚膜鍍層，將PVD塗層技術擴展到粗加（jiā）工及半精加工領域，這（zhè）一直是該行業亟待解決的難題。而CemeCon公司在該領域的研究已取得了突破性的進展，也預示著PVD技術新時代的到來。


(五)具有裏程碑（bēi）意義的奈米鍍膜技術

隨著奈米技術的發展及塗鍍技術的進（jìn）步，應用在刀具的奈米鍍膜材料亦引起廣大研究者的關注。奈（nài）米鍍膜主要有兩種：奈米多層結構及奈米（mǐ）複（fù）合（hé）結構（gòu），刀具中最（zuì）為常見的應用是奈米多層結構鍍膜，一般是由晶格（gé）常數（shù）相近的（de）各單層硬質膜材料交疊組成，可能得到與組成此一多層結構（gòu）的各（gè）單層膜層的效能差異（yì）顯著的全新鍍膜。這是一種人為可控的（de）一維周期結構，交替沉積（jī）單層塗層不超過5～15nm。