鋁膜具有很多優異的材料特性，特別是高溫穩定性，化學穩定性和低導熱性。如今，鋁膜作為耐磨損涂層材料被廣泛應用在硬質合金刀具方面。盡管鋁膜具有這些優異的特性，但是鋁并沒有被廣泛地應用。主要原因是當今的產業標準仍然是建立在CVD工藝基礎上的。
盡管CVD工藝具有很多優點，但是其主要的不足之處在于工藝過程的高溫(1000℃)。豪澤公司開發的工藝過程，能夠在350～600℃下，通過PVD濺射方法沉積氧化鋁。這一開發結果很大程度上拓展了其應用范圍。自從2005年，豪澤公司公布在Al2O3的PVD涂層方面取得重大突破以后，豪澤公司與世界領先刀具制造商合作開展試驗項目以及和模具用戶開展鋁鑄模試驗。下面將對這個通過電弧和濺射技術相結合得到的涂層的特性及性能試驗結果做以介紹。
磨損情況
在切削過程中，刀具將承受幾方面的磨損，如圖。
刀具本身必須要承受高溫，高壓，磨損和熱振蕩的影響。在切削過程中，刃口溫度將超過1000℃。在此高溫下，刀具的強度及其它性能將被降低，并導致刀具和工件之間的化學反應。切削過程總是伴有摩損的發生，刀具和被切削工件間的壓力能夠達到大于140bar(2000PSI)。磨損示例。
熱振蕩－刀具受急冷急熱。在銑削加工中普遍發生，刀具在切削過程中被加熱，然后在離開切削面時被冷卻。在銑削和車削斷續的被加工表面時，會發生機械振蕩。根據切削操縱和被切削工件條件的不同，機械振蕩時常發生。粘結磨損發生在工件與刀具發生粘結時(產生積屑瘤)。粘結。
CVD和PVD的氧化鋁涂層
如今，刀具的CVD氧化鋁涂層在產業上得到廣泛應用，其性能也得到廣泛認知。氧化鋁涂層具有很高的硬度(尤其是在高溫下)，高溫穩定性(>1000℃)，化學穩定性和低導熱率，通過獲得氧化鋁涂層，鍍鋁刀具的性能得到很大進步。
然而，CVD工藝過程需要在高溫下進行，800～1000℃。這就限制了CVD工藝在硬質合金刀具上的應用。由于高溫將導致硬質合金刀具韌性的降低而變脆。PVD工藝過程因其較低的沉積溫度，400～600℃，比較CVD工藝過程有明顯的優點。
PVD工藝制作氧化鋁涂層的主要限制因素在于沉積過程中沉積在涂層系統內部所有表面的盡緣層的存在，包括工件，工件夾具，靶材腐蝕面和真空腔室內壁。這將導致由于靶材“中毒”和陽極消失而發生的偏壓電源和陰極(電弧)電源的不穩定。解決此題目比較成功的兩個技術是：RF(射頻)濺射和BP-DMS(兩極脈沖孿生靶濺射)。
設備
PVD氧化鋁涂層以較高的沉積速率(短工作周期)沉積盡可能小的γ-相氧化鋁。系統保證能夠在高溫下運行并且技術本身本錢不高。單陰極系統有利于使現存設備升級到可鍍氧化鋁的涂層設備。
豪澤公司的T-模式控制系統可使在含氧沉積過程中保持靶材表面處于轉換模式。這就要求特殊的陰極設計和閉合磁場內的非平衡磁控。運用特殊的控制系統以得到最佳的反應氣體的引進。此系統在兩年時間內已經在一些正常生產的設備上得到驗證。
涂層的優化
最初的工作集中在建立正確的鋁－氧配比方面。并對于影響工藝過程的一些參數進行了研究，如偏壓，UBM線圈電流，溫度，氣體分壓(氬氣/氧氣)及陰極電源等。
離子轟擊影響涂層的硬度，而離子的轟擊能量受到偏壓的影響。這個偏壓應足夠高，但是又不能過高，避免發生氬離子注進。鑒于涂層是盡緣體，使用脈沖偏壓。同時脈沖偏壓也可以限制電弧對工件的影響。考慮到涂層的厚度和硬度，應該最優化偏壓的設計。偏壓對涂層硬度的影響。
濺射鍍膜獲得的頂層涂層相對比較平整。電弧鍍膜獲得底層涂層，其粗糙的地方可以被頂層涂層得以改善。由于鋁較低的熔點輕易在電弧鍍膜，甚至是脈沖電弧鍍膜過程中產生“液滴”，所以濺射鍍膜的鋁涂層比電弧鍍膜獲得的鋁涂層要平整。由于需要高的離子密度以得到高硬度的鋁涂層，這里使用孿生磁控濺射(在一臺設備內使用兩個陰極)或者是使用閉合磁場布局。在后一種情況下，通過非平衡磁控的磁場內的等離子體條件下獲得了高離子密度。離子密度可以通過磁場線圈的電流來調整。為了形成閉合磁場，每個相鄰的UBM線圈產生方向相反的磁場。對應陰極也相應設計。丈量偏壓電流的改變可以丈量到電離密度的增強程度。通過此方法，進步了涂層的硬度。進步線圈電流可以增加偏壓電流，直到磁場強度達到飽和。達到飽和點后，進步線圈電流不再增加偏壓電流。飽和后的情況可以在涂層的硬度上體現出來。
性能測試
Calo試驗中底層的AlTiN和頂層的Al2O3很好的結合。，透明的Al2O3涂層干涉環。
對涂層做了SEM(掃描電子顯微鏡)和HRTEM(高分辨透射電鏡)檢測。斷面圖清楚地表示出刀片上AlTiN 和 Al2O3的結構。表示HRTEM分析的TiAlN-Al界面。從中可以看出Al層和fcc晶體結構TiAlN很好的結合情況。另外，通過GIXRD(低負X射線衍射法) 和 SAED(選區電子衍射像法)結構分析表明是γ-相非晶體氧化鋁涂層。晶格尺寸5～10nm。
產業應用遠景－鋁壓鑄模
最近，AlTiN+AlOx涂層被用來沉積在鋁壓鑄模上，并且對性能做了測試。
傳統方法是鋁壓鑄用模具用真空滲氮，加上金屬電鍍的方法進步耐摩擦性能。使用PVD方法制造的鋁制泵體用模具能夠承受9000次鑄模，直到模具表面磨損到不能使用的程度。磨損機理是模具澆口由于高注射壓力而出現的磨損。與鋁的粘結磨損占磨損的很大比重。由于鑄模溫度很高>600℃，也存在熱磨損。在修磨和重新電鍍后，工作壽命下降到4500次。AlTiN+Al2O3涂層能夠很好地防止熱破裂的發生。此涂層的另一個優點是熱穩定性，可以防止鋁粘結到模具表面。模具的均勻使用壽命被進步了一倍。
總結
T-模式技術實現了在>450℃，高沉積速率情況下沉積γ-相氧化鋁。
涂層得到了理想的性能。離化率是得到高硬度晶狀體涂層的主要因素。
現場刀片的試驗表明在切削加工方面此涂層很好的性能。
對不銹鋼，Ti合金和Ni合金的切削性能有明顯進步。
現場試驗表明此涂層對鋁鑄模性能明顯的進步。
減少積屑瘤和進步抗磨損能力方面有明顯進步。