淺析硬質涂層的發展現狀及未來趨勢
經過數十年的發展，硬質涂層的發展已經上了一個新的臺階。從二十世紀七十年代化學氣相沉積（CVD）技術制備TiN開始，經歷了物理氣相沉積技術的出現，TiAlN涂層的廣泛應用，直至如今的AlTiN，CrAlN，TiAlSiN，金剛石等一系列新型涂層的誕生和應用。硬質涂層已經呈獻百花齊放的態勢。
硬質涂層的市場隨著加工技術的更高要求而不斷擴大，在國內也具有越來越大的市場。硬質涂層在工具上的應用按照市場占有量的劃分主要為：刀具涂層70％，模具涂層25％，零部件涂層5％。硬質涂層技術主要有陰極電弧離子鍍技術和磁控濺射技術。目前國際上最富盛名的涂層公司主要有瑞士的Balzers，Platit和Sulzer，德國的CemeCon和PVT，英國的Teer等公司。其中，只有CemeCon和Teer公司是采用磁控濺射技術，而其它公司都以陰極電弧離子鍍技術為主。電弧技術和磁控濺射技術的區別主要為：電弧技術可以獲得接近90％的離化率和較快的沉積速率，但存在液滴的問題；磁控濺射技術可以獲得平整的表面，但離化率和沉積速率都相對較低。
目前，兩種技術都在不斷向前發展。Balzers公司采用的是最傳統的小圓弧技術，但是通過提高圓弧靶的直徑的方式，提高了冷卻效率，使得液滴的尺寸相對傳統圓弧更小。PVT公司采用的是矩形電弧技術，用增大面積和加長電弧運動軌跡的方法提高靶材的冷卻，使得液滴尺寸小于1微米。Platit公司采用的是柱狀電弧技術，在電弧工作的同時，靶管旋轉，使靶材獲得充分的冷卻，其宣稱的液滴尺寸為0.01微米量級。磁控濺射技術也在不斷進展，Teer公司提出的閉合磁場非平衡磁控濺射技術能夠大幅度提高離化率，成為磁控濺射膜層質量提升的關鍵。隨著中頻孿生磁控技術和非平衡磁控濺射技術的結合，磁控濺射技術已經能夠獲得與電弧技術相當的優質膜層。
2000年以后，在國內許多城市都出現了很多國外公司的硬質涂層加工中心。尤其以長江三角洲居多，Balzers，CemeCon，IonBond，Hauzer等在蘇州建廠，Platit，Teer，Sulzer在上海建廠，更多廠家在常州設有設備。同時，PVT在哈爾濱和東莞，Balzers在天津、漢中、成都、株洲都開始設立加工中心。還有很多世界上二三流的公司也涌入國內，在廣東，上海，天津等地從事鍍膜服務。工具的硬質涂層服務有地域性的限制。這通常是由于工具使用廠家比較分散，且對工具涂層時間要求常為2到3天而形成的。從國際經驗看，一個涂層加工中心的有限服務范圍為200公里。
我國引入硬質涂層技術是從上世紀八十年代開始的，當年有工業部組織國內幾家大型國有刀具生產廠，如哈一工，上海工具廠等，從美國Multi-Arc公司引入的電弧技術沉積TiN涂層。后來對國外設備進行了測繪和仿制，但是沒有形成真正的生產能力。國內長期從事硬質涂層生產的主要企業是成都工具研究所，主要使用Balzers的CVD沉積TiN技術。進入二十一世紀以來，國內越來越多從事工具行業的專家認識到工具涂層的重要性，也有越來越多的廠家開始大規模的使用涂層工具。近年來，國內的部分高等院校、研究單位和公司投入了大量的精力從事硬質涂層的研究和產業化嘗試。目前國際上流行的TiAlN和AlTiN都開始逐步被國內廠商掌握，并開始實現工業化。
未來隨著工業需求的不斷增加，對硬質涂層的要求也將愈發嚴格。未來的涂層將有兩大趨勢：超硬涂層和低摩擦系數涂層。
1.超硬涂層
超硬涂層一般是指維氏硬度在40GPa以上的硬質涂層。主要有：
1)金剛石涂層(硬度為50-100GPa，與晶體取向有關)
2)立方氮化硼(e-BN)涂層(硬度為50-80GPa)
3)類金剛石涂層(DLC，因工藝不同硬度可在10GPa-60GPa的寬廣范圍內變動)
4)碳氮涂層(CNx，硬度可達15GPa-50GPa)
5)納米復合涂層和納米多層涂層(TiN/NbN納米多層涂層硬度為51GPa，TiYN/VN納米層涂層硬度高達78GPa)
2.低摩擦系數涂層
低摩擦系數涂層主要包括鉬基涂層(二硫化鉬)，和碳基涂層(金剛石、類金剛石、碳氮涂層等)，摩擦系數均可達到0.1以下。
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