TiAlN和AlTiN是將Al元素沉積到TiN中而形成的PVD刀具涂層。迄今為止，通過增加TiAlN、AlTiN涂層中的鋁含量，從而增強(qiáng)刀具涂層的耐高溫性能和硬度，一直是刀具制造商和涂層公司關(guān)注的重大技術(shù)課題。自1995年以來，人們一直在持續(xù)不斷地研究和改進(jìn)相關(guān)的氣相沉積工藝。到2000年，TiAlN和AlTiN涂層中鋁元素與鈦元素的成分比例已從原來的1∶2提高到3∶2，即鋁含量已從33％增加到60％。

為了進(jìn)一步提高涂層中的鋁含量，總部位于列支敦士登的巴爾查斯（Balzers）涂層公司經(jīng)過大量研究開發(fā)，發(fā)明了用鉻元素取代鈦元素的涂層技術(shù)，并于2004年推出了商品名為“BalinitAlcorna”的單層AlCrN涂層。AlCrN涂層的鋁含量比一般的AlTiN涂層更高，適用于包括齒輪滾刀、立銑刀、銑刀片在內(nèi)的多種高速鋼和硬質(zhì)合金刀具。此外，它也可以用于車削刀具，但僅限于耐熱性和擴(kuò)散穩(wěn)定性極好的基體材料，如PCBN和Si3N4陶瓷。在EMOHannover2005展覽會(huì)上，巴爾查斯公司又推出了商品名為“BalinitHelica”，專為孔加工刀具設(shè)計(jì)的多層AlCrN涂層。這種超光滑涂層可應(yīng)用于任何硬質(zhì)合金或高速鋼鉆頭上，從而顯著增強(qiáng)了鉆頭的耐磨性和剪切強(qiáng)度，并有利于提高鉆頭的排屑性能。

在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察硬質(zhì)合金基體上BalinitAlcorna涂層的剖面微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，可以清楚地看到厚度為3～4μm，呈連續(xù)結(jié)構(gòu)的單層涂層；而在BalinitHelica涂層的SEM圖像中，多層涂層結(jié)構(gòu)清晰可辨。Helica多層涂層的總厚度約為4μm，但對(duì)于直徑小于1/8″的小鉆頭，涂層厚度以1～2μm更為適宜。

雖然100％的Al2O3（純氧化鋁）PVD涂層可為切削刀具提供最佳的熱防護(hù)作用（在切削加工時(shí)，AlTiN和AlCrN涂層中的AlN成分將“轉(zhuǎn)化”為Al2O3），但是這種涂層的應(yīng)用范圍十分有限。雖然PVDAl2O3涂層技術(shù)已經(jīng)獲得了專利，且已能在使用交流電源（或脈沖直流電源）的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型反應(yīng)爐上對(duì)刀具進(jìn)行Al2O3PVD涂層，但目前在商業(yè)化規(guī)模的大型反應(yīng)爐上實(shí)現(xiàn)Al2O3PVD涂層仍然存在不少問題。這是因?yàn)锳l2O3與其它可導(dǎo)電涂層材料不同，它是一種絕緣體。因此，采用等離子沉積原理的PVD涂層工藝在涂層沉積過程中需要外加偏置電壓，即在被涂刀具與等離子靶源之間必須存在一定的電勢(shì)差。總之，氧化鋁的絕緣特性使PVD工藝相當(dāng)難于控制，此外，PVDAl2O3涂層的經(jīng)濟(jì)性也較差。[注：德國瓦爾特公司（WalterAG）已在EMO2005展覽會(huì)上推出了名為Tiger•tec的PVDAl2O3涂層。]

由于受到涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的限制，AlTiN涂層中的鋁含量實(shí)際已達(dá)到最大值（約65％）。在TiN基涂層中，鋁含量過高會(huì)引起涂層晶體結(jié)構(gòu)由立方晶格轉(zhuǎn)化為六方晶格；而在CrN基涂層中，鋁含量可以進(jìn)一步提高而不會(huì)引起AlCrN涂層的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

與其它涂層一樣，AlCrN涂層的抗變形能力也取決于涂層材料的晶格形狀。具有立方晶格的涂層能夠保持很高的紅硬性，即當(dāng)涂層暴露于刀具/工件界面的切削高溫中時(shí)仍能保持其高硬度。一旦涂層的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱骄Ц瘢蜁?huì)因抗變形能力下降而使硬度降低。TiAlN涂層的硬度在約800℃時(shí)即大幅下降，AlTiN涂層在溫度不到900℃時(shí)也會(huì)出現(xiàn)硬度降低的現(xiàn)象；而AlCrN涂層在溫度達(dá)到1100℃時(shí)仍可保持其硬度。即使在1100℃的高溫下，AlCrN涂層也能保護(hù)刀具基體不發(fā)生氧化。Balzers公司AlCrN系列涂層在50g核定負(fù)荷下的硬度水平可達(dá)到2800～3200HV。

由于AlCrN涂層的高紅硬性使其在極高的熱負(fù)荷下仍可保持性能穩(wěn)定，因此AlCrN涂層刀具比其它類型涂層刀具的加工性能更為優(yōu)異，尤其在高速切削、干式（或準(zhǔn)干式）切削加工條件下更具優(yōu)勢(shì)。例如，Balzers公司切削實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的切削試驗(yàn)證明，當(dāng)分別以200m/min和400m/min的切削速度對(duì)Ck45鋼工件進(jìn)行精銑加工時(shí)，AlCrN涂層銑刀的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于TiAlN涂層銑刀。不過也有例外，在加工高