硬度、韧性和附着力是加工高硬度材料、高速和干式切削刀具PVD(物理气相沉积)涂层最重要的特征。随着被加工材料的发展和提高，特别是超硬及难加工材料、容易应力硬化的材料以及具有低热导性的材料，刀具涂层除了具有上述性能外，还需有较高的热稳定性和氧化稳定性。为此，新的HiPIMS技术被应用于开发新一代的涂层。与传统涂层相比，新涂层在加工如镍基合金及奥氏体不锈钢等难加工材料时成本更低，可显著改进机械加工参数，大大减少工具的磨损。
机械加工新的推动力
近几年来，用户对脉冲溅射物理气相沉积过程产生了更浓厚的兴趣。HiPIMS是由已故俄罗斯科学家VladimirKouznetsov开发并拥有专利的一种脉冲物理气相沉积方法，可实现溅射靶材的高电离，代表了脉冲技术的最新发展。
传统直流溅射方法通过提高阴极功率来提高靶材金属的电离，由于对阴极和将要涂覆的基材增加了热负荷，因此具有局限性，而HiPIMS则解决了这一问题。
HiPIMS法采用非常高的功率脉冲，只对靶材进行短暂的撞击。将兆瓦范围内的高能量功率脉冲加到靶材上，在前方产生一个高密度的等离子区域(1019m-3)，而这个密度大大高于常规的直流(DC)溅射方法。随后有相对较长的“关闭时间”，确保平均阴极功率保持在较低水平(1-10千瓦)，让靶材有足够时间冷却，具有较高的工艺稳定性。
由于击中基体的带正电荷的粒子能量和方向均受到施加于基体的负电压(偏压)的有利影响，因此，高的靶材金属离化率相对于传统方法，在使涂层结构和特点上得到了改进。
更硬、更有韧性
与常规物理气相沉积涂层相比，HiPIMS涂层的主要优点有：较致密的涂层形貌，高的硬度与杨氏模量比例。硬度和杨氏模量间的比例是衡量涂层韧性的一种方法，理想的情况是有较高的硬度和较小的杨氏模量。常规纳米结构(钛、铝)氮涂层的硬度为25GPa，杨氏模量460GPa，新HiPIMS涂层的硬度为30GPa，而杨氏模量为368GPa。
为什么采用HiPIMS技术？
切削材料的性能、几何形状和涂层以巨大的跨越式发展向前推进。通常情况下，用户能使其工具寿命和切削数据提高一倍甚至两倍。工具制造商和涂层供应商有针对性地开发努力已经成为可能。为了能够在未来继续为用户提供改进的潜力，CemeCon采用了新一代涂层技术，并对HiPIMS进行了验证：在保证优化的附着力、更密集的涂层形貌以及更低的杨氏模量的同时增加硬度——这只是HiPIMS极具潜力可能性的一部分。
在将HiPIMS技术引入机械加工工具行业的过程中，CemeCon同时创造出具有非凡性能的新一代涂层材料。此外，HiPIMS技术还可以集成现有的CemeCon涂层单位，这意味着这些机器在未来能够生产最新的涂层。
由于在工艺中使用了高能量功率的脉冲，新一代涂层将被命名为“能量氮化物”。由于使用了超级氮化物，能量氮化物系列将包括各种新的涂层材料以及为生产进行试验和测试的涂层。从长远来看，HiPIMS有可能取代现有的物理气相沉积技术。
新涂层材料
第一个新涂层材料(工作名HPN1)已在2010年的AMB展会上亮相，主要用于铣削刀具、钻头和硬质合金可转位刀片的系列测试中。在对材料进行广泛的测试，特别是不锈钢或铬镍铁合金等难加工材料时取得了非常好的结果。涂层材料在铸铁材料加工中也有很好的表现。
HiPIMS涂层细节
(1)HPN1——用HiPIMS制作的涂层材料(3±1μm)
由于涂层的致密结构以及全新的材料成分，使得HiPIMS涂层具有较高的热稳定性。此外，创新的涂层方法使其能够将涂层“锚固”在基体上，从而使涂层的附着力比迄今所使用的涂层提高一倍。当使用锋利的刀具进行间断切削时，如在超耐高温合金加工时尤为有利，铣削钛合金时性能可提高80%，车削铬镍铁合金时性能可提高400%。
组成：(铝、钛、铬)氮；纳米结构的涂层；显微硬度>30Gpa；杨氏模量368Gpa，最佳附着力。应用于超级合金、钛和难加工材料等领域的干式加工、硬机加工(湿式/干式)、HSC(高速切削)、HPC(高效率切削)。
涂层硬度和韧性的增加使HPN1成为超耐热合金的理想解决方案。
(2)HPN1的实际使用
CemeCon工程师已经能够将HiPI
MS技术转移到CC800®系统平台上。采用新HiPIMS技术的CC800®/HiPIMS系统已经在生产领域运行了一年多，并且被证明是非常稳定和可靠的。
(3)铣削铬镍铁合金718
材料：铬镍铁合金718；工具：硬质合金铣刀，12mm，4Z；机械加工：铣削；切削参数：Vc=40m/min，Fz=0.1mm，ap=4mm，ae=2mm；铣削距离：3.5m。CemeCon涂层解决方案：HYPERLOX®：3微米时磨损宽度0.1；HPN1：3微米时磨损宽度0.053，磨损降低50%。 |
