国内PVD技术应用与研究现状
PVD技术及其产业化应用
气相沉积技术 （薄膜技术）
热喷涂技术 （涂层技术）
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主要两大类表面覆盖技术
PVD技术
高性能小 型精密零
部件
热喷涂技术
大重型装 备关键零
部件
3
各种表面处理工艺条件比较
4
各种表面处理涂层性能比较
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什么是PVD—物理气相沉积？
• 定义：在真空条件下，用物理的方法（蒸发或溅射）将材料 汽化成原子、分子或电离成离子，并通过气相过程在衬底上 沉积一层具有特殊性能的薄膜技术（又叫真空镀膜）。
物质和气体，对环境无不 利影响，符合现代绿色制 造的发展方向。
材质种类
不锈钢
钛合金
金属 锌铝合金
铜基合金
铁基合金
非金属
ABS
PC
传统电镀 PVD
否
是
否
是
是
是
是
是
是
是
特殊处理 是
特殊处理 是
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PVD高端装饰涂层—应用之一
• 装饰镀膜的主要应用包括﹕手机金属外壳﹑高尔夫球杆﹑ 眼镜框﹑金饰等。
• PVD膜具有好看的色泽、高耐磨性、高耐腐蚀性。 • 可以在金属基材（碳钢、不锈钢、工具钢、钨钢、铜合金
金件
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PVD超硬膜—应用之三
• 为什么要用超硬膜？ 增加表面硬度：工具钢、模具钢或硬质合金工具，
可提升表面硬度3-5倍，减少工具的磨耗量； 减少摩擦系数：可避免成型模具表面刮伤等问题，
提高产品精度，降低模具耗损，延长模具使用寿命 提高产品品质：提高耐磨及耐热特性，提升加工速
率，大幅提升产能。
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装饰镀膜的发展趋势
• 膜层种类多 • 颜色多样可调，外观色泽和装饰性能好 • 工件更耐磨、耐腐蚀，延长其使用寿命 • 工艺绿色环保，正逐步替代传统水电镀 • 成为五金行业表面处理的发展方向 • 从门窗五金、锁具、高档铭牌、钟表零件、灯饰五金、卫
刀具涂层技术的应用
刀具涂层技术的应用自20世纪60年代化学气相沉积（CVD）涂层硬质合金刀片问世发来，涂层技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。
而20世纪80年代初，TiN物理气相沉积（PVD）涂层高速钢刀具的出现，以使高速钢刀具的性能发生了革命性的变革。
由于涂层技术可有效提高切削刀具的使用寿命，使用刀具获得优良的综合机械性能，大幅度地提高机械加工效率，因此涂层技术已经在切削刀具提高性能的工艺中得到极为广泛的应用于。
刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积（CVD）技术和物理气相沉积（PVD）技术两大类，本文拟从这两方面分别介绍国内外刀具涂层技术的应用情况。
1、刀具涂层技术的应用（1）CVD涂层技术的应用CVD是使挥发性化合气体发生分解或化学反应，并在被镀工件上形成沉积成膜的方法。
在CVD工艺中，气相沉积所需金属源的制备相对容易，可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、AL2O3等单层及多元多层复合涂层。
CVD涂层镀层密实，涂层与基体结合强度高，附着力强，均匀性好，形状复杂的工件也可得到合金副的镀层，薄膜厚度可达5—12微米，因此CVD涂层具有更好的耐磨性。
但其工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度的下降，薄膜内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生，因此只适合于硬质合金车削类刀具的表面涂层，其涂层刀具适合于中型、重型切削的高速加工及半精加工。
自1968年第一批CVD涂层硬质合金刀具问世至今，该涂层技术已发展了近35年。
在这35年间，CVD涂层技术从单一成份发展到多种成份、从单一膜层发展到多元多膜层，经过大量的试验，完成了批量大规模的工业化生产。
如今，CVD涂层硬质合金在涂层硬质合金刀具中占到了80%以上的份额，CVD涂层技术已广泛应用于各类硬质合金刀具。
其涂层工艺的主要发展阶段及应用领域见下表：1968——TiN、TiN——方法CVD——硬质合金刀具、模具涂层1973——TiCN、TiC+AL2O3——CVD ——硬质合金刀具、模具涂层1981——TiC+AL2O3+TiN、AL-O-N——CVD——硬质合金涂层1982——TiCN——MT-CVD——硬质合金刀具涂层1986——Diamond、CBN——CVD、PVD——硬质合金刀具涂层1990——TiN、TiCN、TiC——PCVD——模具、螺纹刀具、铣刀等1993——TiN+TiCN（CVD）+TiN（PVD）——CVD+PVD——硬质合金铣削类刀具涂层1993——厚膜纤维状TiCN——MT-CVD——硬质合金车削类刀具涂层（用于粗、半精加工）从上表可以发现，CVD涂层技术主要用于硬质合金类各种切削刀具。
PVD真空镀膜技术在材料表面改性中的应用
PVD真空镀膜技术在材料表面改性中的应用在物质科学领域，表面工程和表面技术一直是研究的重点领域。
材料在不同环境下，受到各种物理、化学、生物等因素的影响，不但会导致表面的化学物质的变化，而且会影响其力学性能、物理性质以及其他性质。
表面工程技术就是基于改变材料表面内部结构和成分来改变表面性质和特性，以适应各种应用需求的工程技术。
PVD真空镀膜技术，即物理气相沉积技术 (Physical Vapor Deposition)，是目前常用的一种表面处理技术，其基本原理是利用高真空条件下，将金属或非金属薄膜沉积到基体表面的过程。
这种技术具有无污染、无毒、无害、低成本和高效等优点，在多个领域得到了广泛的应用。
PVD真空镀膜技术的基本工艺流程包括：材料表面清洗、预处理、真空抽空、薄膜成核、沉积、薄膜成长和表面处理等步骤。
不同材料的表面处理需求不同，可以通过更换不同的沉积源、沉积条件和表面处理工艺，实现不同的表面改性。
PVD真空镀膜技术在材料表面改性中的应用较为广泛，在以下几个方面有很好的应用表现：1.提高材料表面硬度和耐磨性PVD真空镀膜技术可以利用金属、合金或化合物等薄膜进行镀膜处理，从而提高材料表面硬度和耐磨性。
金属薄膜在物理碰撞过程中不容易脱落，使表面不易刮伤和损坏；像氮化铬、硬质合金等陶瓷类涂层，则可以在表面形成一层高硬度的陶瓷保护层，从而提高了工件表面的耐磨性和硬度。
2.提高材料表面的耐腐蚀性通过PVD真空镀膜技术，我们可以在材料表面形成氧化铝、氧化锆、丝光不锈钢等高功能涂层，以增强材料表面的耐腐蚀性，并提高材料的化学稳定性。
3.提升材料表面的导电性和热导率在电子材料、光电器件等领域，要求材料表面具有较好的导电性和热导率。
PVD真空镀膜技术可以在材料表面形成一系列的金属、导体或半导体涂层，从而提高材料的导电性和热导率，符合其选择用途。
4.提高材料表面光学透过率和反射率在光学和电子器件领域，我们需要将材料表面的透过率和反射率提高到最佳状态，常采用PVD真空镀膜技术来实现。
cvdpvd研究报告
cvdpvd研究报告研究报告标题: CVDPVD研究报告报告摘要:CVDPVD （Cathodic Vacuum Arc PVD，即阴极真空弧 PVD）是一种用于薄膜制备的方法，该方法利用阴极材料的真空电弧放电以及离子轰击技术，将材料蒸发并沉积在基体材料上。
本报告旨在对CVDPVD技术进行详细介绍和研究分析，以评估其在各个领域的应用潜力。
研究目的:1.分析CVDPVD技术的原理和工艺流程，探讨其优点和局限性；2.研究CVDPVD技术在不同领域的应用情况，如光学薄膜、硬质涂层、防腐蚀涂层等；3.评估CVDPVD技术与其他薄膜制备技术的比较优势和适应性；4.提出CVDPVD技术在未来发展中的可能性和挑战。
研究方法:1.收集CVDPVD技术的相关文献资料，包括原理、工艺流程、应用案例等；2.比较CVDPVD技术与其他薄膜制备技术的差异，并分析其优缺点；3.通过实验和数据分析，评估CVDPVD技术在光学薄膜、硬质涂层和防腐蚀涂层等领域的性能表现；4.分析CVDPVD技术在工业应用中面临的挑战和发展趋势。
预期结果:1.对CVDPVD技术的原理和工艺流程进行详细解释，阐明其优点和局限性；2.提供CVDPVD技术在不同领域的应用案例和性能评估；3.比较CVDPVD技术与其他薄膜制备技术的差异，分析其各自的适应性和优势；4.讨论CVDPVD技术在未来发展中可能面临的挑战和发展趋势。
结论:CVDPVD技术是一种具有广泛应用潜力的薄膜制备方法，其在光学薄膜、硬质涂层和防腐蚀涂层等领域已经取得了显著的成果。
然而，该技术仍面临着成本高、设备复杂以及对材料选择和控制的要求较高等挑战。
随着技术的进一步发展和改进，CVDPVD技术有望在更多领域展示其独特的优势，并取得更多应用突破。
工程施工pvd拼接
PVD拼接技术在工程施工中的应用随着我国经济的快速发展，基础设施建设进入了高速时期，各种大型工程如雨后春笋般涌现。
工程施工中，尤其是在桥梁、隧道等领域的施工中，PVD拼接技术得到了广泛的应用。
本文将详细介绍PVD拼接技术在工程施工中的应用，以及其优点和注意事项。
一、PVD拼接技术简介PVD（Physical Vapor Deposition）是物理气相沉积技术的简称，它是一种利用物理方法将气态前驱体沉积到基片表面的技术。
PVD技术在工程施工中主要应用于桥梁、隧道等领域的模板拼接，可以实现模板的高精度、高速度拼接，提高施工质量，缩短施工周期。
二、PVD拼接技术在工程施工中的应用1. 桥梁施工中的应用在桥梁施工中，PVD拼接技术主要应用于桥墩、桥台等构件的模板拼接。
由于桥梁构件形状复杂、尺寸大，传统模板拼接方法存在精度低、接缝明显、施工周期长等问题。
而采用PVD拼接技术，可以实现模板的高精度拼接，提高构件的表面质量，减少接缝，提高施工效率。
2. 隧道施工中的应用在隧道施工中，PVD拼接技术主要应用于隧道衬砌的模板拼接。
传统隧道衬砌施工中，模板拼接精度较低，接缝较多，影响了隧道衬砌的质量和美观。
采用PVD拼接技术，可以实现隧道衬砌模板的高精度拼接，减少接缝，提高隧道衬砌的表面质量，增加隧道的美观度。
三、PVD拼接技术的优点1. 精度高：PVD拼接技术可以实现模板的高精度拼接，接缝紧密，提高施工质量。
2. 施工速度快：PVD拼接技术采用自动化设备，提高施工效率，缩短施工周期。
3. 接缝少：PVD拼接技术采用高精度模板，减少接缝，提高施工质量。
4. 表面质量好：PVD拼接技术可以实现模板的高精度拼接，提高构件的表面质量，增加美观度。
四、PVD拼接技术的注意事项1. 模板选择：选择适合工程施工的PVD模板，确保模板的精度和质量。
2. 施工环境：保证施工现场的清洁、干燥，避免模板受潮、变形。
3. 施工操作：严格按照PVD拼接设备的操作规程进行施工，确保施工安全。
PVD技术在球阀阀体上的应用
PVD技术在球阀阀体上的应用一球阀球体镀膜的背景球阀中用作硬密封构件的球阀阀体和阀座经常在极为恶劣的环境下工作，构件容易因为高温氧化、腐蚀、磨损而失效。
这类球阀的球体一般采用304、316不锈钢作基体，再用超音速喷涂镍基碳化钨(Ni-WC)，以提高密封面的结合强度(≥75MPa)和低的空隙率(3％～5％)，表面硬度可达到832HV (65HRC)。
但是在球阀上喷涂镍基碳化钨存在以下几个缺陷：一是涂层与基体主要靠机械结合，所以其与基体的结合强度较低；二是涂层存在一定的气孔，这对于要求耐腐蚀的工作环境是不利的；三是一些喷涂方法往往产生多种对环境有害的因素，如粉尘、噪声、有害气体等；四是喷涂后球阀表面硬度高，极难进行精加工。
由于阀门硬密封构件制造成本高，阀芯阀座维护更换通常需要整体研磨，因此寻求一种提高硬密封构件使用寿命的方法具有重大的经济效益。
为了避开上述喷涂的缺点，可以将物理气相沉积技术应用到阀门密封面上。
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术是在真空条件下，采用物理方法将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
PVD技术可以在球阀表面沉积多种金属（Ti、Zr、Cr、W等）的碳化物和金属（Ti、Zr、Cr等）的氮化物以及其它二元或多元合金的氮化物、碳化物纳米化涂层，这些薄膜普遍具有高硬度、高耐磨性、耐腐蚀和抗高温性，在球阀的密封面上沉积可获得超硬耐蚀涂层，显微硬度≥1800HV，最高使用温度可达750℃。
PVD涂层工艺是一种真正能够获得纳米级镀层且无污染的环保型表面处理方法。
采用PVD 技术对阀门的硬密封件表面进行处理，能大幅度地提高构件的使用寿命。
图1为兰州理工大学温州泵阀研究院开发的球阀球体PVD示意图。
图2为经PVD镀膜后的球阀球体。
图1 球阀球体PVD示意图图2 PVD处理后的球阀球体二球阀球体PVD镀膜的研究现状这种阀门密封构件超硬耐蚀PVD涂层工艺，适用于需要在表面获得超硬耐蚀涂层的各类阀杆、各种阀门的密封件、球体、阀座等阀门密封构件。
PVD
PVD(Physical Vapor Deposition)，指利用物理过程实现物质转移，在真空的条件下，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。
它的作用是可以是某些有特殊性能（强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等）的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能！基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀（空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀溅射、离子镀。
）最初运用于高速钢刀具涂层，现在发展到硬质合金，陶瓷刀具的涂层运用，与CVD工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600℃以下的低温时对刀具材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层。
尽管目前国内刀具涂层技术与国际先进水平相比存在较大差距, 普通的TiAlN 涂层技术也还不成熟, 但巨大的应用市场及国家对创新、绿色制造技术日益迫切的要求, 已经推动了国内刀具涂层技术的创新发展。
刀具涂层技术在国内掀起了第二次开发热潮, 纳米超硬膜技术已成为涂层领域研究开发的热点。
薄膜的生长工艺受如下几组相互依赖的因素影响: ( 1) 蒸汽源参数, ( 2) 等离子及迁移参数, ( 3)粒子动能( 冲击) 参数, ( 4) 基体参数。
这些参数分为宏观参数( 如蒸汽源功率、反应室总气压、靶源与基体间的距离等)和微观参数( 如在基体表面的离子和中性粒子流通量、能量)在国际上,除制备涂层外,EB-PVD （电子束物理气相沉）技术在新型复合材料制备、零件修复、难加工材料的净成形等制造领域也具有巨大的发展前景。
随着EB-PVD 技术的发展,尤其是离子束辅助EB-PVD 技术的出现,给其他各种涂层的制备带来了广阔的发展空间。
将EB-PVD 技术应用到微电子、光学等行业。
在航空方面相对于传统的，利用EB-PVD 制备热障涂层,是实现高推比发动机的一。
PVD法在多组分薄膜研制上取得重大进展, 象TiN/VN 和TiN/NbN 等氮化物的纳米尺度超晶格薄膜在强度和硬度等方面与立方氮化硼(已知第二最硬材料) 相当, 许多过渡金属多组分多层体系或梯度材料,如钛基材料TiAl-N.TiHf-N、TiZr-N 等和铬基材料CrAl-N 等多组分超硬薄膜是很好的刀具薄膜候选材料.1.国内PVD技术应用与研究现状.2007年第41卷I6 33 四川大学梁红樱，赵海波2.EB_PVD及其制备功能涂层的研究进展 2007 年增刊 1 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所滕敏,孙跃3.低温PVD 法制备多组分超硬薄膜研究 2003 第21卷第一期清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室彭志坚, 齐龙浩4.对我国刀具涂层技术现状及发展趋势的认识 2009年第9期技术平台科技经济市场包头铝业有限公司，内蒙古包头赵晓燕5.PVD溅射技术在MEMS器件制作中的应用 2006年十月第19卷第五期传感技术学报国防科技大学机电工程与自动化学院王雄吴学忠。
超硬纳微米 PVD 涂层技术在模具领域的发展
超硬纳微米 PVD 涂层技术在模具领域的发展摘要：在实际的压铸生产过程中，液态金属以及高温高压等环境条件，都会影响到模具的正常使用和使用寿命，造成表面腐蚀、裂纹等问题，导致模具失效。
近年来新兴的超硬纳微米 PVD 涂层技术因其能够有效改善模具表面性能，在模具生产中得到了广泛应用。
本文主要对该技术进行分析，探索其涂层技术的发展前景。
关键词：超硬微纳米；PVD 涂层技术；模具领域；应用发展1PVD 涂层技术的分类1.1真空蒸镀该技术是通过抽空基片的真空室空气，待镀料呈现出汽化状态后，将生成的蒸汽流注入到基片表面，届时镀料分子会在基片表面冷却凝固生成薄膜。
真空蒸镀主要有两个组成部分，一是真空镀膜室，二是真空抽气系统，除此之外，要相对模具进行真空蒸镀工艺，需要有 3项技术条件，分别为冷基片、真空环境、热蒸发源。
在技术开展过程中，一定要避免高温状态下蒸发源的污染，如果镀料分子或原子在到达冷基片前便开始凝聚，将难以对冷基片进行有效镀层，同时在中途凝聚极易造成薄膜中混入杂质，影响镀层质量。
1.2阴极溅射溅射现象是最早被人熟知的技术，它的原理是借助高能粒子撞击固体表面，将固体中的原子或分析溅出。
在应用过程中，该技术有着如下优势：①靶材（固体表面）利用率高；②溅射效率高，沉积速度快；③溅射工艺稳定性良好，避免了靶面掉渣等情况；④工艺操作简单，换靶方便；⑤溅射制备的薄膜厚度均匀，性能良好。
1.3离子镀在真空镀的基础上，深入研发出离子镀技术，该技术借助氩气等惰性气体，通过气体的辉光放点，将金属离子化或者生成合金蒸汽，在电场的影响下，会加速覆盖到带电负荷的基体上。
离子镀技术的优势在于，在真空环境下，除了能够对金属薄膜进行制备，还能够完成陶瓷等材料的薄膜，甚至能够对半导体、超导体的薄膜进行有效制备。
同上述真空蒸镀技术相比较，离子镀能够有效缓解镀层均匀度差、黏着性不高等问题。
2超硬纳微米 PVD 在模具领域内的发展应用就超硬纳微米PVD 技术来讲，其热处理温度低，在模具进行涂层处理的过程中，不会造成模具软化、变形等情况，工艺参数控制简单，结构设计性强，可以根据模具的性能以及要求的不同来选择不同涂层，有效延长模具使用寿命。
PVD应用技术介绍
PVD应用技术介绍PVD（Physical Vapor Deposition）是一种在大气压或接近真空的条件下进行的一种薄膜沉积技术。
PVD技术是将固体材料通过高速蒸发、离子激发、电弧熔化等方法，以气态形式沉积在表面上，形成一层均匀、致密、具有特定功能的薄膜。
PVD技术在材料科学、纳米科技、电子工程等领域有广泛的应用。
PVD技术的应用可以分为以下几个方面：1.光学镀膜：通过PVD技术可以制备出高透明、高折射率的光学薄膜，用于制造光学器件，如镜片、滤光片等。
这些光学薄膜能够实现对光的反射、透射和吸收的控制，提高光学器件的性能。
2.金属涂层：通过PVD技术可以对金属表面进行涂层，提高金属材料的耐磨性、耐腐蚀性和装饰性。
这些金属涂层广泛应用于汽车、航空航天、五金工具等领域。
3.电子器件制造：PVD技术可以用于制造电子器件中的金属导线、金属电极和电池材料等。
这些电子器件需要具有良好的导电性、机械强度和耐腐蚀性，PVD技术能够满足这些要求。
4.硬质涂层：通过PVD技术可以制备出高硬度、高耐磨性的硬质涂层，用于刀具、模具、轴承等机械零件上，提高它们的使用寿命和性能。
5.太阳能电池：PVD技术可以制备出具有高光吸收率和高电导率的太阳能电池背电极材料，提高太阳能电池的能量转换效率。
6.生物医学材料：PVD技术可以制备出具有抗菌性、生物相容性的生物医学材料，用于人工关节、人工血管等医疗器械上，减少感染风险和提高疗效。
在实际应用中，PVD技术有几种常见的方式，包括磁控溅射、电弧离子镀、电子束蒸发等。
这些方式在不同的情况下具有不同的优势和适用范围。
例如，磁控溅射是一种常见的PVD技术，适用于金属和陶瓷材料的沉积，可以制备出致密、致密、高质量的薄膜。
电子束蒸发适用于低温、高密度的薄膜沉积，可以制备出高显色度的金属薄膜。
电弧离子镀适用于大面积的薄膜沉积，可以制备出高硬度的涂层。
总之，PVD技术具有宽广的应用前景和发展空间，它不仅可以用于改善材料的性能和功能，还可以用于制造高性能器件和应用于生物医学领域。
2024年物理气相沉积设备市场规模分析
2024年物理气相沉积设备市场规模分析1. 引言物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）技术是一种广泛应用于薄膜制备的表面处理技术。
物理气相沉积设备（PVD设备）作为实施PVD技术的核心工具，在各个领域的薄膜制备中扮演着重要的角色。
本文将对物理气相沉积设备市场规模进行分析，并探讨其发展趋势。
2. 市场规模分析2.1 市场概述物理气相沉积设备市场以其应用广泛、技术成熟等特点，已经成为薄膜制备市场的重要组成部分。
该市场的主要参与者包括了设备供应商、薄膜制备厂商以及薄膜应用领域的企业等。
2.2 市场规模根据市场研究机构的数据，过去几年，物理气相沉积设备市场呈现出持续增长的态势。
截至2020年，全球物理气相沉积设备市场规模已达到XX亿美元，预计在未来几年内将继续保持增长。
2.3 市场驱动因素2.3.1 技术进步和创新随着科学技术的不断发展，物理气相沉积设备的技术也得到了大幅度的提升和创新。
新型材料的开发以及对薄膜质量和性能要求的提高，推动了物理气相沉积设备市场的增长。
2.3.2 行业需求增加电子、光电子、汽车、航空航天等行业对具有特殊性能的薄膜材料的需求不断增加，从而带动了物理气相沉积设备的需求。
薄膜技术在这些行业的应用广泛，为物理气相沉积设备市场提供了巨大的发展空间。
2.4 市场挑战2.4.1 高成本和设备复杂性物理气相沉积设备的价格较高，设备维护和操作也相对较为复杂，对用户的技术要求较高。
这一系列因素限制了市场的进一步扩大。
2.4.2 新技术的竞争随着新技术的涌现，如化学气相沉积（CVD）技术等，物理气相沉积设备面临着来自竞争对手的挑战。
这些新技术不断发展，对物理气相沉积设备市场的份额构成了一定的压力。
3. 市场发展趋势3.1 智能化和自动化随着科技的不断进步，智能化和自动化技术将越来越多地应用于物理气相沉积设备。
智能化的设备能够更有效地控制和管理薄膜制备过程，提高生产效率和产品质量。
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国内PVD技术应用与研究现状 作者：四川大学 梁红樱 赵海波 来源：《工具技术》 1 引言
当前，制造业已发生了革命性的转变，以数控机床为基础的现代制造技术正朝着高速、干式切削加工的方向迈进。在该领域中，切削刀具制造技术的发展至关重要。由于刀具涂层技术可大幅度地提高切削刀具的综合性能，尤其是近年来超硬薄膜设计概念的提出，在理论上可有效地改善刀具的高温性能，使涂层刀具应用于高速、干式切削加工成为可能。在数控机床日益普及，现代先进制造技术概念逐渐形成及国家大力推进节能、环保制造模式的影响下，自2000年起，国内刀具涂层技术掀起了第二次发展热潮，发展的重点为各类PVD技术。大专院校以设计、表征超硬薄膜为主要研究方向，而社会兴办刀具涂层加工服务中心则成为国内刀具涂层业发展的主流。尽管国内刀具涂层技术水平依然落后，但应用市场的普及性及需求量已远远超出预计结果。因此，高水平、稳定的刀具涂层技术是国内工具行业极其渴望的，如果国内能开发出相应的原创技术，则短期内可在国内形成广泛的刀具涂层加工服务体系，并会带来巨大的社会经济效益。
2 国内商业应用PVD技术概况 国内PVD涂层技术的研发工作始于八十年代初，八十年代中期研制成功中小型空心阴极离子镀膜机及高速钢刀具TiN涂层工艺技术。由于对刀具涂层市场前景的看好，国内引进了热阴极离子镀及阴极电弧（多弧）离子镀技术与装备。技术及装备的引进摧动了国内刀具PVD涂层技术的第一次开发热潮，国内各大真空设备厂及科研单位纷纷展开了离子镀膜机的研制工作，并于九十年代初开发出多种PVD设备。但由于大多数的设备性能指标低，涂层工艺稳定性差，预期的市场效益未能实现，从而导致了近十多年国内刀具PVD涂层技术处于徘徊不前的局面。尽管九十年代末国内成功开发出了硬质合金TiN-TiCN-TiN多元复合涂层工艺技术，并达到了实用水平，但在随后的发展过程中也并未得到市场认可。随着我国汽车工业的迅速崛起、先进制造技术的大量引进及数控加工技术大面积的普及，自本世纪初，PVD技术在国内掀起了第二次开发热潮。与九十年代不同，目前国内PVD技术的发展更具多元性及创新性，归纳起来有以下几种类型：
①阴极电弧法（Cathode Arc Deposition ） 国内已由小圆型阴极电弧技术发展到大面积阴极电弧技术及柱型靶阴极电弧技术，主要用于TiAlN等薄膜的制备。
②热阴极法（Hot Cathode Plating ） 源于Balzers的技术，主要用于TiN等薄膜的制备。 ③磁控溅射法（Magnetron Sputter Plating ） 近年来，磁控溅射技术一直是国内涂层业的重点发展方向，先后出现了非平衡磁控溅射技术、磁控溅射加辅助离子源技术等，可制备各类薄膜。
④磁控溅射附加阴极电弧法 目前国内已较多采用的技术，可用于多种薄膜的制备。
⑤空心阴极附加磁控溅射及阴极电弧法 空心阴极在国内是一项传统技术，其应用市场仍旧存在。为了充分发挥此技术的特点，国内的研究者将空心阴极与磁控溅射技术、阴极电弧技术结合在一起，用于多元薄膜的制备，且这种全新的尝试已对市场产生了影响。
归纳起来，国内刀具涂层技术开发的目的仍以TiAlN薄膜为主，上述各类技术已可在切削刀具上制取多种膜层，包括TiAlN薄膜，但目前所欠缺的是应用基础的研究及工业化生产工艺稳定性的保障。
3 当前国内薄膜技术研究的主要热点 近年来纳米超硬膜技术已成为涂层领域研究开发的热点，自2000年以来在国内已进入持续开发阶段。超硬膜定义为硬度大于40GPa，众所周知，金刚石、立方氮化硼、非晶态类金刚石等具有超硬膜的本征硬度，其研究及应用已经历了较长时间，但其膜系本身的某些特性却制约了应用领域的拓展。如金刚石薄膜并不适合于铁基材料的切削加工，而立方氮化硼薄膜由于难于与刀具基体结合、易剥落，且高纯度的c-BN制备困难，也尚未达到商业应用水平。因此近年来薄膜技术的开发热点更多的集中于非本征超硬膜的研究。非本征硬度超硬薄膜的超硬性和力学性能主要来自于它们组成物的性质和超细显微结构，其组成物多为氧化物、碳化物、氮化物及硼化物，而其显微结构达到了纳米数量级。
按照Koehler外延异质结构理论，当沉积制备两种不同弹性模量金属M（1）和M（2）的多层膜时（EM（1）〈EM（2）〉，单层膜的厚度尺寸达到较小数量级时，可有效地阻碍位错源在层内的增殖；当受外部应力作用时，M（1）中的位错将向M（1）/M（2）界面移动，M（2）中形成的弹性应变会产生一种排斥力，阻碍位错通过界面，因此多层膜的硬度比由混合规则计算得到的硬度高得多。基于Koehler理论，纳米多层膜的研究已逐渐成为涂层界的开发热点，其设计思路是控制多层膜的一维周期结构，有效调整膜中的位错、缺陷及运动，从而获得高硬度、高模量及高温性能优异的薄膜。
按其组成，纳米多层超硬膜可分为如下几类： 氮化物/氮化物：TiN/VN，56GPa；TiN/VNbN，41GPa；TiN/NbN，51GPa；TiN/SiN，80～105 GPa 氮化物/碳化物：TiN/CNX，45～55GPa；ZrN/CNX，40～45GPa 碳化物/碳化物：TiC/VC，52GPa；TiC/NbC，45～55GPa；WC/TiC，40GPa 氮化物或碳化物/金属：TiN/Nb，52GPa；TiAlN/Mo，51GPa 氮化物/氧化物：TiAlN/Al2O3 硼化物/氮化物或碳化物：TiB/TiN，TiB/TiC，50～70GPa 金属/金属等
纳米多层膜的超硬特性及高的模量预示着在工具领域的广阔应用前景，因此激发了国内相关科研工作者的开发热情。自2000年以来，武汉大学、吉林大学、上海交通大学、西安交通大学等相继开展了类似的研究工作。研究的重点在于各类纳米多层膜致硬机理的探索，所研究的膜系涉及C3N4/TiN、TiN/NbN、TaN/NbN、TiN/Al2O3，TiN/Si3N4，TiN/AlN，TiN/TiB2，TiN/SiO2，TIN/SiC，AlN/VN，Si3N4/CrN等，并获得了所期望的硬度及杨氏模量，而采用的制备手段则以PVD磁控溅射技术为主。上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室所做的纳米多层AlN/（Ti,Al）N膜，当一维调制周期为10nm时，得到最高硬度29GPa；而当一维调制周期为1.3nm时，可得到最高杨氏模量377.8GPa。
但应引起重视的是，要实现超硬效应，经实验室研究证实，多层膜的一维周期通常应在10nm左右，而以磁控溅射为主的薄膜制备技术则基于通过对靶材与被镀工件空间位置及时间长短的控制，达到调整此周期的目的。对于复杂型面的切削刀具而言，各型面处获得均匀一致的纳米尺度的多层膜层显然十分困难，因此，尽管纳米多层膜的超硬特性及高的模量有望大幅度地提高刀具的综合性能，但到目前为止尚未能进入商业应用。
德国慕尼黑工业大学的Veprek等则根据Koehler的外延异质结构理论，提出了纳米复合超硬薄膜的理论和设计概念，并采用等离子体化学气相沉积方法制备了Ti-Si-N（nc-TiN/α-Si3N4）薄膜，据称薄膜硬度可达到105GPa。国内的西安交通大学、青岛化工学院、成都工具研究所等也与其合作进行了相关的研究工作，并获得了具有价值的实验数据。仅就制备方法而言，PCVD更适合复杂型面工件的纳米级薄膜的制备，然而目前工艺的重复性则是影响其商业应用的关键问题。
4 国内PVD技术研究及应用存在的问题 4.1 刀具涂层市场的变化 涂层刀具的应用与切削加工技术紧密相关，与九十年代不同，目前的应用更多地集中于硬质合金可转位刀片、高速齿轮刀具、硬质合金棒式刀具及部分异型刀具。应用于数控机床，其切削加工速度通常高于100m/min，而单一的TiN薄膜已难于满足使用要求。目前国内商业应用PVD技术，仍以高速钢刀具涂层为主，尽管市场对涂层刀具的需求不断上升，例如重庆地区的刀具涂层加工总额已从2000年的100万元增长到了今年的1000万元以上，但应用领域仍以摩托车齿轮加工等行业为主，切削速度大多低于50m/min；而在硬质合金刀具领域应用较少，其大多数高端涂层刀具产品被国外涂层公司所垄断，尤其是国外刀具涂层加工服务中心的出现，使国内的涂层加工服务企业面临更加严峻的竞争局面。
4.2 技术上存在的问题 尽管近年来国内刀具涂层技术有了多元性发展，并已可以制备TiAlN及多层薄膜，但尚未形成真正的、具有国际竞争力的工业化生产工艺技术及装备，其主要存在的问题如下：
①尽管国内的TiN涂层工艺工业应用基础较好，但在高速切削加工领域及硬质合金刀具涂层方面却无法满足市场要求，与国外TiAlN涂层相比，涂层刀具寿命相差100%～200%；
②国内的TiAlN涂层技术在成分、薄膜结构、致密性、结合强度以及均匀性等方面尚不成熟，在常规切削加工中，所表现出的性能与TiN相比并未显现出其优越性； ③在现代先进切削加工制造中，精密成型加工的要求越来越高，通过合理的薄膜制备技术获取致密的薄膜组织及光整的表面形貌乃是高水平刀具涂层技术发展的基础与根本，与九十年代不同，国内已淡化了薄膜制备技术的基础研究工作。
④尽管国内许多院校正在开展多种超硬薄膜材料的研究工作，也获得了极具价值的实验数据，比如含硅、硼等纳米多层膜，但就商业应用而言，其与市场要求仍存在较大差距，究其原因可归纳为几方面：目前研究的重点仅在于超硬膜致硬机理的探索，而缺乏制备技术的基础研究；受条件所限，国内超硬膜的制备仍以普通磁控溅射技术为主，对于复杂型面切削刀具的超硬薄膜的制备而言，并不是最佳的选择；与商业应用技术紧密相关的薄膜结合强度的提高、内部应力的控制技术的研究则少有人问津。
4.3 涂层设备开发制造存在的问题 由于缺乏资金支持，国内涂层设备在设计、开发上与国外差距较大，尽管也有某些创新思路，但绝大多数设备制造商延续了原有的设计概念，设备的结构与九十年代大同小异，由于对薄膜制备机理缺乏深入研究，因此在设备的设计上存在盲目性。
4.4 整体配套性差，应用基础研究缺乏