A vákuumbevonat technológia megjelenése viszonylag új keletű. A nemzetközi színtéren az 1960-as években a CVD (kémiai gőzleválasztás) technológiát alkalmazták keményötvözet vágószerszámoknál. Korai fejlesztése során azonban ez a technológia számos akadályba ütközött. Magas-hőmérsékletű környezetben kellett működnie (1000 °C feletti folyamathőmérséklet), és korlátozott számú bevonattal rendelkezett, ami jelentősen korlátozta fejlesztési potenciálját.
Az 1970-es évek végére megjelent a PVD (fizikai gőzleválasztás) technológia, amely ígéretes új teret nyitott a vákuumbevonat területén. Néhány évtizeddel ezután a PVD bevonat technológia gyorsan fejlődött.
Napjainkra olyan új technológiák jelentek meg a vákuumbevonat technológia területén, mint a PCVD (fizikai kémiai gőzleválasztás) és az MT-CVD (közepes hőmérsékletű-kémiai gőzleválasztás). Folyamatosan jelennek meg a különféle bevonatoló berendezések és eljárások, amelyek virágzó és változatos színteret mutatnak be.
A jövőben a szerszámbevonat technológia fejlődési irányai a következő pontokat foglalják magukban:
(I) A bevonat komponenseinek változatossága és összetettsége
a. A PVD-bevonatok első generációja főként TiN-ből állt. Ennek alapján sorra fejlesztették ki a különböző fémbevonatokat, mint például a TiC, TiCN, ZrN, CrN, WC. A PVD leválasztási technológia továbbfejlesztésével a bevonatokhoz alumínium került, és megjelentek a többkomponensű fémötvözet bevonatok, mint a TiAIN és a TiAICN. Kopásállóságuk és vörös keménységük jelentősen javult az egyszeres-fémbevonatokhoz képest, így nagyobb vágási sebességeknél is használhatók, például akár 150 m/perc gördülési sebességgel.
b. Később trendté vált, hogy több különböző típusú bevonatot helyeztek fel a szerszámra rétegenként, hogy kihasználják az egyes bevonatok előnyeit. Például TiN + TiCN + TiN, TiN + TiALN, TiAIN + WC/C stb. kombinációkat használtak.
c. Az elmúlt években a PVD bevonat technológia újabb jelentős lépést tett előre. Számos külföldön bevonó cég sikeresen fejlesztette ki az impulzusos bevonatolási technológiát, és megkezdte annak alkalmazását. Például a svájci Balzers P3E (Pulse Enhanced Electron Emission) technológiája és a németországi Cemecon HIP_ (High Ion Pulse) technológiája. Ez a két új technológia egyaránt pulzáló elektronokat használ a célanyag ívpárolgásának aktiválására. Ennek az oxigénatmoszférában működő folyamatnak köszönhetően elméletileg ezzel a technológiával bármilyen fém-oxidot (pl. Al2O3, ZrO2, Cr2O3, Ta2O5 stb.) és annak összetett bevonatait le lehet rakni. Jelenleg az Al2O3 bevonat a gyakorlati kipróbálási szakaszba lépett, és úgy vélik, hogy a közeljövőben széles körben alkalmazzák majd.
(II) A bevonatok alkalmazásfejlesztése célzottabbá válik
A különböző alkalmazási követelmények teljesítése érdekében a bevonatok fejlesztése és tervezése egyre célzottabbá vált. A különböző alkalmazási területek, mint a fúrás, marás, szárazhengerlés, sajtolás és mélyhúzás jellemzőinek és követelményeinek megfelelően e tekintetben viszonylagos előnyökkel rendelkező bevonatokat fejlesztettek ki. Folyamatos erőfeszítésekkel és kísérletekkel bizonyos területeken sikereket értek el, mint például a TiX (Al:Ti=2:1) bevonatok alkalmazása a marásban, az AICrN bevonatok alkalmazása nagy sebességű szárazhengerlésben, a CrN + TISIN kompozit bevonatok fúrásban és a TIN + TCX kompozit bevonatok alkalmazása a mélyhúzásban. Élettartamuk lényegesen jobb, mint más bevonatoké. Ezen kívül már széles körben alkalmaztak különféle célzott bevonatokat, amelyek olyan funkciókkal rendelkeznek, mint a korrózióállóság (Crx bevonatok), „önkenés (WC/C bevonatok), lágy anyagok feldolgozása (MoS2 bevonatok) és kemény anyagok feldolgozása (CBN, gyémánt bevonatok)”. Bár ezek a bevonatok nagyon sikeresek a saját területükön, a PVD bevonat technológia folyamatos fejlesztésével folyamatosan új, célzottabb bevonatokat fejlesztenek ki a meglévő bevonatok helyettesítésére.
(III) A bevonatok lerakódási részecskéi általában nanométeresek
A nanotechnológia fejlődésével és a bevonási technológia fejlődésével a nanométeres{0}}bevonatú vágószerszámok nagy figyelmet keltettek a kutatók és a PVD bevonattal foglalkozó cégek körében. A bevonatfelhordó részecskék nanométerezése növelheti a bevonat és a szubsztrátum, valamint a különböző rétegek közötti kötési szilárdságot, valamint csökkentheti a bevonat felületi érdességét. Jelenleg a legtöbb bevonat lerakódási részecskéi még viszonylag nagyok. Bár vannak olyan bevonatok, amelyeket nano-szintnek neveznek, nagy részecskék még mindig megtalálhatók a bevonat végső felületén, és a bevonat felülete még mindig viszonylag érdes. A bevonat-lerakódás részecskéinek méretének csökkentése a folyamat stabilitásának megőrzése mellett a nagy rendellenes részecskék megjelenésének elkerülése érdekében a bevonatok fejlesztésének fontos irányává válik, különösen tükörfelületi alkalmazásoknál. Bár néhány cég kifejlesztett tükörfelületi bevonatokat, ezek minősége és stabilitása gyenge, és a folyamat is viszonylag bonyolult. A jövőbeni bevonatkutatásban és -fejlesztésben a bevonatrészecskék nanométerezése és a bevonatok rétegvastagságának nanométerezése lesz a fő fejlesztési irány, amely nagy jelentőséggel bír a bevonatok átfogó teljesítményének javítása és a rétegközi feszültség csökkentése szempontjából, valamint tovább javítja a tükörfelület simaságát, ezáltal tovább bővíti a bevonatok alkalmazását a precíziós alakító iparban.
(IV) A bevonatok folyamati hőmérséklete egyre csökken
Az általános CVD bevonatok körülbelül 1000 fokos leválasztási hőmérsékletéről a PVD és PECVD bevonatok körülbelül 500 fokos hőmérsékletére a bevonatok leválasztási hőmérséklete csökkent, így bővült a bevonatok alkalmazási köre. A körülbelül 500 fokos leválasztási hőmérséklet azonban még mindig káros hatással van a bevonó munkadarabra, például deformációt okoz a munkadarabban és csökkenti a hordozó keménységét. Ezért a bevonó munkadarab előmelegítésére speciális követelményeket kell javasolni, például a munkadarab visszamelegítési hőmérséklete nem lehet alacsonyabb, mint a bevonat hőmérséklete. Az alacsonyabb hőmérsékletű bevonatok, például a 200 fok alatti bevonat-hőmérsékletű bevonatok kiküszöbölik ezeket a korlátokat, lehetővé téve az anyagok szélesebb skáláját a bevonati alkalmazásokhoz, az előmelegítés rugalmasabb kiválasztását és a különböző felületmódosítási technológiák átfogóbb alkalmazását. Ugyanakkor az alacsony hőmérsékletű bevonatok alkalmazása csökkenti a bevonóberendezések energiafogyasztását, és bizonyos környezetvédő hatással bír az energiamegtakarításban. Ezenkívül a bevonat hőmérsékletének csökkentése rövidebb felfűtési és hűtési időket tesz lehetővé, lerövidíti a bevonatok szállítási ciklusát és javítja a hatékonyságot. Ezért az alacsony hőmérsékletű bevonatok nagymértékben elősegítik a bevonatok alkalmazását és népszerűsítését, és a PVD-bevonatok fejlesztésének fontos irányvonalává válnak.
