刀具镀钛之PVD涂层工艺讲解：PVD法有两种主要的工艺，可用于在不同的基体上进行涂层：一种是电弧法(电弧放电);另一种是溅射法(阴极溅射)。这两种方法都有一个额外的优点：涂层炉比较容易建造。

　　电弧法是通过电源的放电(很像是一道闪电)击中涂层材料，并将这种材料由固体转换为液体，再转换为气体状态。该工艺的优点是沉积率高(相对于溅射法而言)。但是，由于涂层材料处于三种形态(固态、液态和气态)，因此有可能会产生一些液滴(微小的液体颗粒)。这些液滴不会转换为气态。

　　溅射法是采用一个加热源，将固体涂层材料直接转换为气体状态。由于涂层材料跳过了液化阶段，因此不会产生液滴。但是，由于该工艺沉积率较低(相对于电弧法)，因此生产周期较长。

　　硬质材料涂层

　　大部分硬质材料(涂层也是一种硬质材料)都是由一种金属和一种非金属构成。例如，一些常见的硬质涂层包括氮化钛(TiN)、氮碳化钛(TiCN)、氮铝钛(TiAlN)、氮钛铝(AlTiN)和氮铬铝(AlCrN)。元素周期表显示了有可能成为候选涂层材料的金属和非金属元素。

　　在涂层过程中，体积较小的非金属元素——涂覆TiN时为氮(N)——嵌入到金属钛(Ti)的晶格空缺中。当沉积TiCN时，则由碳(C)部分取代了一些氮(N)。按照同样的原理，也可以确定沉积其他涂层所需要的金属和非金属元素。

　　这是PVD工艺的优势之一。由于金属材料在PVD涂层炉中为固态(而CVD工艺则需要引入气态金属)，因此，几乎任何金属都可以用于PVD涂层。当然，并不是所有金属都对改善刀具性能有益，但它们都能用于涂层。

　　涂层的结构

　　经过多年的发展，涂层的结构已经发生了许多变化，有了很大的改进。在涂层技术中，通常有以下五种不同的结构：

　　(1)单层结构

　　顾名思义，这种结构只有一层涂层。当我们在显微镜下观察这种结构时，可以看见一些长柱形涂层结构。这种涂层很容易涂覆，但也很容易产生裂纹和破损。想象一下，当一个球击中一束柱体时，这些柱体就会开始倒下，而裂纹轻易就能贯穿涂层，到达基体。

　　(2)多层结构

　　多层结构是由许多不同的单层结构彼此重叠在一起构成的。表面花纹钢就是历史上此类结构的一个例子。多层结构涂层可将几种涂层材料的特性结合在一起，形成韧性与硬度俱佳的表面。

　　(3)纳米多层结构

　　纳米多层结构与多层结构本质上相同，但其层厚却要薄得多：涂层厚度仅为原子级水平。

　　(4)纳米复合涂层结构

　　纳米复合涂层采用了与硬质合金刀具类似的技术。这种纳米结构将粘结相(例如硬质合金中的钴)的韧性与纳米复合涂层的硬度结合在一起。

　　(5)梯度结构

　　该结构的涂层性能具有渐变性：涂层中心部分较软而富有弹性，而在靠近表层时则变得坚硬而耐磨。