物理涂层基本原理

物理涂层（PVD）也称气相沉积，在高速钢工具上较早应用的是氮化钛涂层。物理涂层的方法一般是在真空中使金属Ti汽化且离子化，与氮离子互相撞击，在电场的作用下，在工件表面形成氮化钛涂层。通常在高速钢刀具表面形成2～5μm的TiN涂层，涂层不宜过厚，否则容易使刀尖脆化。PVD涂层具有很高的硬度和耐磨性，可以大幅度提高工具寿命，并且可以提高工具的切削效率。

高速钢工具的物理涂层方法按沉积过程中金属Ti熔化、蒸发并离子化形成的原理不同，主要分为阴极溅射法、辉光放电离子镀法和弧光放电离子镀法等。

阴极溅射法生成的镀层组织致密，生成过程容易控制。图4-15所示为空心阴极离子镀膜机的原理图，由空心阴极离子电子枪系统（图中1、2、3、4）、水冷蒸发系统（图中5、6）、基体与加热系统（图中8），以及相应的电源、测温、气体流量控制系统等组成。空心阴极枪是一个利用热空心阴极放电产生的电子束源，即利用一种称为热空心阴极放电现象而产生的大电流、低电压的等离子电子束。等离子电子束经偏转、集束使能量密度增加，从而使金属Ti高速蒸发且离子化，与氮离子互相撞击，在电场的作用下，在工件表面形成氮化钛镀层。

弧光放电离子镀蒸发速度快，蒸发总量大，可以加快大批量工件的涂层增加速度。弧光放电离子镀有单弧和多弧之分。图4-16所示为多弧弧光放电离子镀的一种装置原理图，冷阴极弧置于上部和四周，可以在整个真空室内获得大量均布的单原子金属Ti，可以均匀快速地在工件表面形成涂层。

图4-15 空心阴极离子镀膜机原理图(www.xing528.com)

1—空心钽管（Ta） 2—水冷阴极 3—辅助阳极 4—偏转磁场 5—水冷阳极（蒸发片）6—集束磁场 7—轰击粒子 8—加热器

图4-16 多弧弧光放电离子镀装置原理图

1—阴极电弧源 2—主弧电源 3—反应气进口 4—工件 5—工件偏压电源