歐洲刀具塗層最新狀況及發展模式

2012-11-23

自1980年Balzers将其物理涂层工具投人市场，几十年来，欧洲地区该项技术的应用及发展在世界领域起到了举足轻重的作用，随着现代机械加工业高速加工时代的到来，世界各国也愈加注重涂层技术的应用与发展。 欧洲刀具涂层技术自上世纪80年代中期以来得到了广泛发展，尤其是物理涂层技术，可以说代表了当前世界最高水准。目前，欧洲物理涂层设备制造厂有十馀家，涂层服务中心六十多家，主要採用阴极电弧及磁控溅射技术，在机械工业较发达国家或地区已形成了完备的服务体系。
 
目前歐洲在刀具塗層領域較有影響的塗層設備製造及服務公司

瑞士的 Balzers 公司
Platit 公司
德國的 CemeCon 公司
PVT 公司
Metaplas 公司( 公司總部設於美國 )等...

現將這些公司的最新狀況介紹如下:

 1.　瑞士 Balzers 公司 .....................................
Balzers公司是目前世界上規模最大的刀具塗層公司，自上世紀70年代開始從事物理塗層技術的研發，以工具、精密零件塗層及裝飾鍍膜為主；1980年推出了熱陰極離子鍍膜機BAI830，完成了成套技術的開發工作，成功地應用於高速鋼刀具塗層並達到了工業化生產水平。

在20 多年裏的發展過程中，該公司一直堅持設備製造、成套技術轉讓及塗層服務的方針，其所開發的設備主要有BAI830、BAI830C、BAI730D、 BAIl200、RCS，包含了CVD技術和PVD技術兩類，而目前PVD主要採用BAIl200、RCS設備，該類設備以陰極電弧技術為主，也可附加磁 控濺射靶進行WC/C膜的塗層。

到目前為止，Balzers公司在全球已開辦了57家塗層服務中心，其塗層設備超過400台。
BAIl200、RCS採用了圓形平面陰極靶技術和輻射加熱技術，可進行快速鍍膜生產，該公司更注重新型塗層薄膜材料的開發，目前在該類設備中可進行 BALINIT A，BALINIT B，BALINIT D，BALINIT FUTURA NANO，BALINIT X.TREME，BALINIT HARDLUBE，BALINIT X.CEED等薄膜塗層，目前其比較具有代表性的塗層為FUTURA NANO和X.CEED。

FUTURA NANO是一種納米多層結構TiAIN薄膜，據稱最新的技術可達到上百層，這種塗層適合於高速鋼及硬質合金材料，用於鑽削、車削或幹式切削的高速加工；而X.CEED則是一種單層的TiA1N，與傳統的塗層不同。

這種只用於硬質合金刀具的塗層工藝，可使刀具具有優異的紅硬性、抗氧化性，即使在惡劣的加工條件下，其薄膜與基體仍具有良好的結合強度，因此可適應于斷續切削加工方式，該類塗層可用於加工鈦合金、銦鉻鎳合金等材料的加工，被加工材料硬度可達到52HRC。

而目前Balzers最具代表性的塗層是一種無鈦塗層，稱為G6，即AlCrN塗層。與傳統的TiN、TiCN、TiAlN相比，G6具有更高的紅硬性及 抗氧化性能，使用溫度可達到 1000℃ ，這種塗層工藝適合於硬質合金及高速鋼材料塗層，用於銑削和車削加工，切削速度可達400m/min以上。

據介紹該類塗層不僅適合於精加工，也可用於粗加工，從某種角度而言，其拓寬了PVD的應用領域。
  2.　瑞士 Platit 塗層公司 .........................................

瑞士Platit公司是近幾年湧現出來的一家較著名的刀具塗層公司，其為BCI集團的成員，隸屬于W Blosch AG公司。

W Blosch成立於1947年，主要從事表殼鍍金及寶石行業；1977年開辦了PVD（物理塗層）部；1979年建立了真空沉積生產廠；1985年開始從 事硬質薄膜的生產；1987年註冊了PLATIT品牌。

1992年組裝出第一台塗層設備；2000年在PL50和PL200的基礎上，建立了整套的塗層系統，實現了交鑰匙工程能力；2002年通過研究納米結構塗層，開發出了旋轉靶π80塗層設備；2003年nACoR納米結構塗層達到工業應用水平。

截 止到2004年，Platit公司共生產了約100台塗層設備。Platit在捷克、斯洛文尼亞、美國、中國香港、西班牙、Scandinacia設有塗 層加工中心，其塗層設備共五個系列：iPL50、PL200、MO200、PL1000及π80，應用領域主要涉及刀具、模具及耐磨零部件。

Platit主要採用矩形大面積平面靶陰極電弧塗層技術，該技術起源於上世紀90年代中期，使每一陰極靶材完全覆蓋有效塗層區域，最大靶材高度可達 800mm，由於成功地解決了電弧的控制技術，與同類技術相比其真空爐內塗層均勻性得以大幅度提高，通常爐內不均勻性可控制在10%以內，絕對偏差小於 0.5μm。

該 公司2002年所開發的π80塗層設備具有獨特的創新性。π80設備與傳統的塗層設備有較大的區別，首先引入了納米結構薄膜概念，以（nc-Ti1- xAlxN）/（αSi3N4）納米複合相結構薄膜為例，在強等離子體作用下，納米TiAlN晶體被鑲嵌在非晶態的 Si3N4 體內，這種結構使薄膜硬度可達到50GPa，且高溫硬度更是十分突出，當溫度達到 1200℃ 時，其硬度值仍可保持在30GPa。

其二，在工業化生產設備中雖然仍採用了陰極電弧技術，但蒸發源已由原來的平面形式變換成可轉動的圓柱形靶，由此帶來的好處可能是多方面的，例如可以自動清 潔、靶材利用率高、塗層表面粗糙度可達到Ra0.02～0.03μm（通常塗層為Ra0.1μm左右），π80與其他傳統的塗層設備相同可進行TiN、 TiAlN、AlTiN、nACo、TiCN-Mp、TiAlCN、CrN、ZrN、DLC等塗層。 3. 德國 CemeCon 塗層公司 .........................................................

CemeCon是一家專門從事塗層技術開發及塗層服務的公司，創建於1986年，1988年開發製造了第一台CC800 PVD專用塗層設備，並在德國、美國、丹麥及中國設立有塗層加工服務中心。

公司目前生產的PVD塗層設備主要有三種，分別為SX、ML、XL，到目前為止設備銷售約90台左右。

CemeCon公司採用的是磁控濺射離子鍍技術，該項技術兼有空心陰極離子鍍和陰極電弧離子鍍的優點，塗層組織緻密，同時也選擇了大面積矩形靶材技術，從 而進一步保證了塗層的均勻性；該技術可塗鍍多種單層、多層或複合薄膜，如TiN、TiC、TiCN、ZrN、CrN、WC/C、MoS2、TiAlN、 TiAlCN、TiN-AlN、CBN、AlO等。

CemeCon公司所開發的H.I.S磁控濺射技術，成功地解決了磁控濺射離子鍍技術在實際應用中許多關鍵性技術難題，諸如離化率、離子能量的提高等，並在刀具塗層方面達到了工業化生產水平。

從我們瞭解的情況分析，該塗層技術具有薄膜組織緻密、塗層均勻、產品一致性好的特點，尤其適合於可轉位刀片及中小尺寸刀具的塗層加工。

CemeCon公司最新的工藝技術為H.I.P 技術，基於雙極脈衝原理，在此基礎上開發了 SUPERTIN 塗層，一種緻密立方晶格超級氮化物，該塗層在中等切削條件下加工不銹鋼或有色金屬，與傳統的氮化鈦相比具有明顯的優勢。
而TINALOX則是利用該技術開發的一種高速加工用硬質薄膜，其除具有較高的表面硬度外，還具有良好的抗高溫性能，使用溫度也可達到1000℃，可用於鑄鐵、不銹鋼及高溫合金的切削加工。

也正是由於H.I.P技術的開發成功使得AlOX塗層成為可能，這種非導體的薄膜材料具有優異的高溫性能，如何通過PVD的方法實現氧化鋁鍍膜，一直是業 界所關心的問題，而H.I.P技術為這一問題的解決提供了可能的方案。

該公司新近開發的Al2O3薄膜塗層，塗層溫度低於450℃，與以往的概念不同，其HIP的AlOx塗層建立在HIS的TiAlN薄膜基礎上，並在鑄鐵和 高性能合金材料試驗中取得了滿意結果，使得PVD AlO塗層成為現實，也為物理塗層技術向半精加工或粗加工方面發展奠定了基礎，同時也確立了PVD今後的一個發展方向。

此外，該公司提出了潤滑薄膜塗層的概念，在薄膜TiAlBN結構中，通過硼含量的變化，適應切削條件的變化，在加工過程中產生所謂“insitu”現象， 即通過硼向表面的擴散，形成BN、B2N3，從而得到有利於切削加工的潤滑膜層。

此外，CemeCon另一頗具特色的技術是CVD金剛石塗層技術。2000年建立CCDia生產線，使金剛石塗層技術達到工業化生產水平，其技術含量高，可以批量生產金剛石透明薄膜。
  　4. 德國 PVT 塗層公司 ...........................................

PVT塗層公司也是上世紀80年代中期崛起的一家專業刀具塗層企業，可進行各種刀具、模具塗層加工。

PVT公司以塗層設備銷售為主，現在主要開發的塗層設備有4種：S2、M2、L3、L4，近幾年銷售設備約20台左右。

該公司也是採用大面積矩形陰極電弧蒸發技術，與Platit塗層技術相近，主要進行TiN、TiCN、AlTiN、ZrN、CrN塗層。該公司在等離子刻 蝕、清洗工藝開發方面極具特色，並且注重薄膜與基體結合結構的研究，塗層結合強度較為理想；此外公司也十分看重生產效率的提高，在大幅度提高抽氣速率的同 時，由通過強製冷方式縮短了冷卻週期，從而提高了生產效率；通過附加PLC潤滑膜技術進一步降低了薄膜表面的摩擦係數。

PVT的塗層技術和設備在中國、美國、歐洲、日本等世界範圍內獲得了多項專利技術，其專利技術包括了新型電弧蒸發源、電弧等離子導電裝置、基體處理技術和 裝置等。其動態電磁控制蒸發器對電弧進行優化控制，使靶材各個部分能得到同等強度的電弧，均勻蒸發和離子化，靶材離子化率高達85%以上，很好地解決了顆 粒或“液滴”問題，塗層微結構非常細密，塗層表面光亮。對基體獨特的刻蝕清洗技術使得塗層被沉積到工件之前得到完全徹底的清洗，使得塗層與基體的結合力達 到理想的指標。採用新的刻蝕技術後，薄膜與基體的分界不再明顯，薄膜已與基體溶為一體。

此外，在不額外增加成本、不額外增加塗層生產時間的情況下，PVD還可以進行獨特的PLC（polymer like carbon——類高分子聚合物）冶金潤滑膜層沉積，進一步降低塗層表面的摩擦係數。例如在AlTiN塗層上再加上PLC塗層之後，針對不同的用途，可提 高塗層刀具的使用壽命。