Технологія вакуумного покриття з’явилася відносно недавно. На міжнародній арені технологія CVD (хімічне осадження з парової фази) була застосована до різальних інструментів з твердих сплавів у 1960-х роках. Однак на початку свого розвитку ця технологія зіткнулася з багатьма перешкодами. Він мав працювати в умовах високої-температури (з температурою процесу вище 1000ºC) і мав обмежену різноманітність покриттів, що значно обмежувало потенціал його розробки.
Наприкінці 1970-х років з’явилася технологія PVD (фізичне осадження з парової фази), що відкрило новий багатообіцяючий простір у сфері вакуумного нанесення покриттів. Лише за кілька десятиліть після цього технологія PVD-покриттів стрімко розвивалася.
Зараз у сфері технологій вакуумного покриття з’явилися нові технології, такі як PCVD (фізичне хімічне осадження з парової фази) і MT-CVD (середньо-температурне хімічне осадження з парової фази). Різноманітне обладнання та процеси для нанесення покриттів постійно з’являються, створюючи процвітаючу та різноманітну сцену.
Надалі тенденції розвитку технології нанесення покриттів на інструмент будуть включати наступні моменти:
(I) Диверсифікація та складність компонентів покриття
a. Перше покоління PVD-покриттів в основному складалося з TiN. На цій основі були послідовно розроблені різні окремі металеві покриття, такі як TiC, TiCN, ZrN, CrN, WC. З подальшим розвитком технології нанесення PVD до покриттів додавали алюміній і з’явилися багатокомпонентні покриття з металевих сплавів, такі як TiAIN і TiAICN. Їхня зносостійкість і червона твердість значно покращилися порівняно з окремими-металевими покриттями, що дозволяє використовувати їх на вищих швидкостях різання, наприклад, до 150 м/хв під час прокатки.
b. Пізніше стала тенденцією шар за шаром наносити на інструмент кілька різних типів покриттів, щоб використовувати переваги кожного покриття. Наприклад, використовували комбінації TiN + TiCN + TiN, TiN + TiALN, TiAIN + WC/C тощо.
в. За останні роки технологія PVD-покриттів зробила ще один значний крок вперед. Декілька компаній, що наносять покриття за кордоном, успішно розробили технологію імпульсного покриття та почали її застосовувати. Наприклад, технологія P3E (Pulse Enhanced Electron Emission) від Balzers у Швейцарії та технологія HIP_ (High Ion Pulse) від Cemecon у Німеччині. Ці дві нові технології використовують імпульсні електрони для активації дугового випаровування матеріалу мішені. Завдяки цьому процесу в атмосфері кисню теоретично ця технологія може осаджувати будь-який оксид металу (наприклад, Al2O3, ZrO2, Cr2O3, Ta2O5 тощо) та його складні покриття. В даний час покриття Al2O3 увійшло в стадію практичних випробувань, і вважається, що воно буде широко застосовуватися в найближчому майбутньому.
(II) Розробка застосування покриттів стає більш цілеспрямованою
Щоб задовольнити різні вимоги застосування, розробка та проектування покриттів стають все більш цілеспрямованими. Відповідно до характеристик і вимог різних областей застосування, таких як свердління, фрезерування, різання сухою прокаткою, штампування та глибока витяжка, було розроблено покриття з відносними перевагами в цих аспектах. Завдяки безперервним зусиллям і експериментам було досягнуто успіху в певних сферах, таких як застосування покриттів TiX (Al:Ti=2:1) при фрезеруванні, покриттів AICrN, нанесених на високошвидкісне-різання сухою прокаткою, композитних покриттів CrN + TISIN, нанесених при свердлінні, і композитних покриттів TIN + TCX, нанесених у прес-формах для глибокого витягування. Їхній термін служби значно кращий, ніж у інших покриттів. Крім того, різні цільові покриття з такими функціями, як стійкість до корозії (покриття Crx), «самозмащення (покриття WC/C), обробка м’яких матеріалів (покриття MoS2) і обробка твердих матеріалів (CBN, алмазні покриття)» вже широко застосовуються. Незважаючи на те, що ці покриття були дуже успішними у відповідних галузях, з безперервним розвитком технології PVD-покриттів будуть постійно розроблятися нові більш цілеспрямовані покриття, щоб замінити існуючі покриття.
(III) Осаджені частинки покриттів мають тенденцію бути нанометричними
З розвитком нанотехнологій і вдосконаленням технологій нанесення покриттів ріжучі інструменти з нанометровим -покриттям привернули велику увагу дослідників і компаній, що надають послуги PVD-покриттів. Нанометризація частинок осадження покриття може підвищити міцність зв’язку між покриттям і підкладкою, а також між різними шарами, а також може зменшити шорсткість поверхні покриття. В даний час частки осадження більшості покриттів все ще відносно великі. Хоча існують деякі покриття, які називаються нано-рівнем, великі частки все ще можуть бути знайдені на кінцевій поверхні покриття, і поверхня покриття все ще відносно шорстка. Зменшення розміру частинок осадження покриття при збереженні стабільності процесу, щоб уникнути появи великих ненормальних частинок, стане важливим напрямком розвитку покриттів, особливо для застосувань із дзеркальною поверхнею. Хоча деякі компанії розробили покриття для дзеркальних поверхонь, їхня якість і стабільність низькі, а процес також відносно складний. У майбутньому дослідженні та розробці покриттів нанометризація частинок покриття та нанометризація товщини міжшарових покриттів будуть основними напрямками розвитку, що має велике значення для покращення комплексних характеристик покриттів та зменшення напруги між шарами, а також покращить гладкість дзеркальної поверхні, тим самим розширюючи застосування покриттів у промисловості точного формування.
(IV) Температура процесу покриття стає нижчою
Від температури осадження приблизно 1000 градусів для загальних покриттів CVD до приблизно 500 градусів для покриттів PVD і PECVD температура осадження покриттів знизилася, таким чином розширюючи діапазон застосування покриттів. Однак температура осадження близько 500 градусів все ще має несприятливий вплив на заготовку покриття, наприклад, спричиняє деформацію заготовки та зниження твердості підкладки. Тому необхідно запропонувати особливі вимоги до попереднього нагріву заготовки покриття, наприклад, температура зворотного нагріву заготовки не повинна бути нижчою за температуру покриття. Покриття з нижчими температурами, наприклад з температурою покриття нижче 200 градусів, усунуть ці обмеження, забезпечуючи ширший діапазон матеріалів для нанесення покриттів, гнучкіший вибір попереднього нагрівання та більш здійсненне комплексне застосування різних технологій модифікації поверхні. У той же час застосування низько-температурних покриттів зменшить енергоспоживання обладнання для нанесення покриттів, маючи певний екологічний ефект у енергозбереженні. Крім того, зниження температури покриття дозволяє скоротити час нагрівання та охолодження, скорочуючи цикл доставки покриттів і покращуючи ефективність. Таким чином, низько{11}}температурні покриття значно сприятимуть застосуванню та популяризації покриттів і стануть важливим напрямком розвитку PVD-покриттів.
