3.5　物理气相沉积（PVD）涂层设备

自20世纪80年代中期以TiN涂层为标志，涂层应用开始以来，随着生产和使用的需要，涂层种类获得了巨大的发展，不仅能在高速钢刀具表面涂上TiN，还能涂TiCN、TiAlN、AlTiN、AlCrN、AlTiSiN等。以前涂单层，现在能涂多层。装备是工艺实现的重要保障，在涂层工艺和品种的发展过程中，涂层设备也实现了巨大的发展。

①在涂层原理方面已从最早的热弧沉积方式发展到了磁控溅射沉积方式，多弧沉积方式，不同原理组合沉积方式等，见图3-26、图3-27、图3-28。

②阴极靶材。多弧阴极靶材主要体现在以下几种。

a.平面矩形靶。这种靶适合大炉腔，对于径比小的刀具如拉削刀具的涂层性能较为均匀，涂层过程中厚度一致性好，但利用率不高。

b.圆形弧靶。这种靶利用率较高，但在炉膛内的布置一定要合理，否则会影响沉积厚度的均一性。

c.圆形镶嵌平面矩形靶。这种靶结合着上述两种靶的优点。同时，可有效实现不同成分靶材的组合。

d.柱状靶。这种靶利用率最高，炉腔内涂层厚度均一，但更换靶材较为复杂。

靶材的发展，在提高膜层质量的前提下，越来越注重靶材的利用率。在正常生产过程中，涂层的主要耗材成分来自于靶材，为此新的涂层设备一般都装有靶材保护装置，以防非涂层阶段靶材受到污染。

③偏压。从直流偏压发展到脉冲直流偏压，有利于提高膜层质量，扩大涂层材料范围。

④涂层前后的处理系统。涂前涂后处理是涂层制备工序中的主要环节，也是涂层工艺重点研究的对象。主要工艺包括干、湿喷砂，微喷砂，抛光，退镀，修磨，清洗等内容。

⑤新的涂层设备一般都将以前的氩气刻蚀系统升为氩气、氢气及金属离子刻蚀系统，最大限度地提高膜基结合力。

⑥保护罩的广泛应用是涂层装备众多革新技术中的一个典型细节。目前，有的涂层装备既在靶材上装保护罩，也在加热器上装保护罩。在提高靶材利用率的同时，可以有效避免沉积过程中加热器上附着物的飞溅，提高膜层质量，延长加热器的使用寿命。

⑦提高涂层效率，缩短涂层时间是涂层设备设计和制造过程中应重点考虑的环节之一。如Balzers开发的BCS快速涂层系统就是基于这方面的考虑。各家的主要技术就是如何提高靶材离化率和有效沉积率。采取的措施包括辅助阳极沉积系统、增强离子沉积系统等。

目前，PVD涂层设备大多从德国、瑞士、美国等国家进口，在刀具上运用比较成功，也很普及。