早在上世紀80年代，當CVD金剛石涂層剛剛開發成功不久，對CBN涂層研究工作隨即展開，業界希望能夠利用CBN優越性，提高加工黑色金屬刀具性能。如今，已可通過CVD或PVD工藝進行金剛石涂層，并實現了商業化應用。但，由于CBN材料特殊性，使CBN涂層研究工作經歷了一個較長過程。
　　
　　開發CBN涂層難點
　　
　　據長期從事切削刀具涂層技術研究DennisT.Quinto博士介紹，要使一種材料成為功能涂層材料，需要解決兩個工藝技術問題：一生成具有正確鍵結構納米晶晶核，并且隨后能夠生長為最終結晶微觀組織；二涂層能與基體牢固粘結，這也作為刀具涂層難題所。
　　
　　Quinto博士指出，與PCD涂層只有一種碳元素不同，CBN材料由硼氮兩種元素組成，因此生成CBN涂層難度大得多。為了生成具有很高硬度涂層，這兩種物質原子必須形成特定、稱為sp3立方鍵結構，以獲得熱動態穩定相。否則其原子就可能形成六方相，盡管它也很穩定，但那軟石墨相。CVD工藝1000℃左右高溫下，原子活動能力強，可移動距離大，容易排列成sp3結構。可，CVD技術似乎本質上就不適合CBN涂層，而采用等離子輔助PVD工藝實驗室條件下也只能沉積出最厚1微米CBN，而要作為一種實用硬質膜，這一厚度太薄了。
　　
　　此外，PVD工藝約500℃低溫下，原子活動能力較弱，一方面只能形成較小納米晶核，甚至幾乎不能長大成為晶粒，正如Quinto博士所說，“CBN成核與金剛石成核不同，它需要更多能量或更高能量離子碰撞，以形成sp3結構。”另一方面，由于原子并非總能找到一個“平衡位置”，因此形成了殘余應力。這本PVD涂層正常現象，而且PVD涂層生成殘余應力為壓應力，如果控制得好，它對抑制裂紋產生擴展有利。但，對于CBN涂層來說，這種內應力太大，反而成為開發功能性CBN涂層主要障礙。Quinto博士指出，如果殘余應力不恰當地出現涂層與基體界面上，那么隨著沉積厚度增加，涂層就會自發地破碎。
　　
　　為了減小過大殘余應力，科研人員涂層與基體之間設計了一個過渡層，或者涂層工藝增加退火操作，以消除內應力，但至今仍未獲得像金剛石涂層那樣好結合強度。
　　
　　基體類型也會影響CBN涂層粘結強度大小，如果基體材料性質與涂層材料接近，則涂層與基體會結合得更好。那么，為什么不能將CBN涂覆PCBN上呢？Quinto博士指出，“這樣也有可能粘結得很好，但如果超硬涂層不與韌性基體相配合，就難以獲得綜合優勢，而且這種刀片也不經濟。”
　　
　　由氣體相來沉積CBN研究工作仍繼續進行，但其致命缺點使得大多數技術難以轉化為工業應用。Quinto博士表示，“我相信刀具公司已經放棄了這條技術途徑來開發CBN涂層，而將注意力轉向新PVD硬質涂層。”
　　
　　CBN基復合涂層
　　
　　由于采用CVD或PVD工藝涂覆CBN非常困難，因此美國NanoMech公司首席技術專家AjayMalshe博士他同事阿肯色大學材料與制造工程實驗室采用了一種非傳統涂層方法。該方法包括兩個步驟：第一步CBN粒子靜電噴射涂層（ESC，電場作用下，物理噴涂呈粉末狀或懸浮狀納米顆粒/或微米顆粒，使它們組成所需要形狀厚度）；第二步用化學氣相沉積法沉積TiN、TiCN、TiC、氮化鉿或其它傳統材料。
　　
　　“為什么我們不能通過激活CBN粒子來生成CBN涂層呢？”Malshe博士提出了這樣問題，他說，“正這一點上突破，使我們能夠沉積出CBN涂層。”
　　
　　Duralor公司——NanoMech公司子公司——入駐阿肯色州Springdale科技園，開始試驗應用這項技術，并開發了商標名為TuffTekCBN基復合涂層。該公司首席執行官BobReed宣稱：“到今年底或明年初，我們將實現部分商品化。從現起一年時間之內，我們將與一些大公司共同進行開發。”
　　
　　工藝過程：利用預先合成CBN粒子，采用靜電噴涂（ESC）生成1微米厚CBN粒子涂層。這些粒子依靠較弱靜電力附著上面。Russell說，“粒子越小越好，因為它們必須適應磁場要求；如果這些粒子太大，就無法涂覆。”他曾經幫助阿肯色大學將CBN粒子薄膜滲入CVD膜，再將其粘結到復合涂層組織里，這就該工藝第二步。
　　
　　第二步工藝，采用與CVD工藝類似化學氣相滲入法，用第二種化學物質（如TiN）將這些粒子粘結到一起，并粘結到基體上。這種復合涂層含有40%～45%（體積）CBN。據Malshe博士介紹，無論ESC過程還CVD過程，均很好操作，并具有可重復可量化特點，這對于該工藝商業化應用非常重要。
　　
　　該技術可沉積涂層厚度最大可達100微米甚至更厚，但應用于加工涂層厚度通常20微米以下，這些加工主要針對精車淬硬零件。Reed說，“眼下我們還不能面向更多加工領域。”
　　
　　一次切削試驗，對CBN涂層CNMG432TuffTek刀片與PVDTiAlN涂層同一型號刀片進行了加工性能對比。車削硬度為50－52HRCAISI4340鋼軸時（試驗條件：切削速度150m/min，進給量0.15mm/r，切深0.25mm，加冷卻液，縱車外圓），TuffTekCBN涂層刀片性能為TiAlN涂層刀片3倍。
　　
　　另一次車削加工A-2鋼制作壓縮機軸（硬度58HRC）切削試驗（試驗條件：切削速度90m/min，進給量0.11mm/r，切深0.36mm，連續車削），TiAlN涂層刀片只能半精加工3根軸；而Duralor公司CBN涂層刀片可半精加工9根軸，且切削刃狀態仍然良好，加工節拍時間可縮短50％。
　　
　　與PCBN刀片進行比較切削試驗時（試驗條件：干切削硬度50－52HRCAISI4340鋼，切削速度100m/min，進給量0.2mm/r，切深0.5mm），CBN-TiN復合涂層刀片壽命大約為PCBN刀片一半。
　　
　　由于粘結CBN粒子第二種化學物質有很大選擇余地，因此可使CBN基復合涂層技術與納米結構微米結構涂層技術共同使用，可以根據加工需要開發出各種特定結構涂層。
　　
　　CBN復合涂層刀具何時能夠實現工業化生產，現還很難說；但一旦實現了商業化，其市場規模將相當可觀。Quinto博士指出，全球PCBN每年營業額約為4.43億美元，其美國占有20％份額。“CBN涂層刀具將與現有PCBN刀具展開競爭。”他還指出，PCBN刀片價格CVD（PVD）涂層刀片5－10倍，但隨著超硬刀具價格下降，市場競爭將日趨激烈。
　　
　　盡管目前還提供不出這種涂層市場需求數據，但Reed認為，由于其應用面很廣，因此市場規模會很大。
　　
　　氣相沉積CBN涂層系統
　　
　　除了美國Duralor公司TuffTekCBN基復合涂層以外，德國Fraunhofer表面工程與薄膜（ITS）研究所新型耐磨涂層部門仍研究應用PVD或等離子輔助CVD（PCVD）工藝開發CBN涂層。該部門MartinKeunecke博士說，“我們已經能夠對形狀比較簡單刀片進行涂層，但僅僅實驗室規模下試驗性涂層。”當前工作要沉積厚度1微米以上CBN涂層。
　　
　　通常，所有PVDCBN涂層都具有納米級CBN顆粒，并有很大壓應力。Keunecke博士說，“大應力加上此類涂層對濕度敏感性，通常會導致粘結強度低長期穩定性差。”他還表示，PACVD工藝可以沉積較大顆粒，但該工藝需要較高溫度，這對硬質合金基體不利，同時還要使用帶有氫氟酸氟化物，而氟化物具有很高化學活性，會使反應爐內部幾乎所有材料，尤其鋼制真空爐零件（如法蘭盤）受到損壞，因此該工藝很難升級到工業規模。
　　
　　為了改善粘結性穩定性，IST首先采用反應直流磁控濺射不平衡模式對硬質合金刀片預涂一層TiAlN作為粘結層，其厚度從2微米到2.5微米，然后再沉積CBN涂層系統。該CBN涂層系統開始純氬氣氣氛下涂覆約1微米厚碳化硼（B4C），接著通過遞增方式改變濺射氣體，從氬氣變為氬/氮混合氣體，并涂覆0.1－0.2微米B-C-N梯度涂層CBN成核層。以遞增方式改變氣體可以使涂層逐漸由B4C過渡到CBN；該涂層系統頂層純氮氣氛下生成1－2微米厚CBN。該涂層剖面掃描電鏡照片上，從硬質合金基體以上涂層依次為TiAlN、碳化硼、0.1－0.2微米B-C-N梯度涂層（由于放大倍數不夠，梯度層不夠清晰），頂層為2微米厚CBN涂層。Keunecke說，該涂層組合每一層都含有碳，這有利于涂層系統穩定；“我們獲得較厚CBN涂層工藝也使CBN涂層粘結性穩定性得到改善，同時又不至于顯著降低內應力。”
　　
　　CBN涂層系統采用了射頻（13.56MHz）二極管反應濺射裝置，以碳化硼作為靶材，其導電性直流濺射工藝已足夠大。Keunecke博士表示，反應濺射意味著大部分涂層由氣體（如TiAlN涂層所用氮氣）帶入濺射氣氛之。
　　
　　刀具上CBN涂層硬度約為5100HV，而TiAlN涂層硬度只有2400HV。IST與柏林理工大學合作進行了切削試驗，用CNMA120408刀片干式車削H13鋼（52HRC）外圓，切削速度60－100m/min，進給量0.1mm/r，切深0.5mm。試驗報告顯示：與TiAlN單層涂層相比，即使較高切削速度下，CBN涂層系統刀片壽命也為前者兩倍以上，可見兩者性能有著顯著差別。但，必須承認，經過一定切削時間以后，后刀面磨損帶寬度增加得非常快，這意味著大部分超硬涂層已被磨損掉了。因此，為了進一步提高刀具性能，還必須增加涂層系統CBN部分厚度。
　　
　　Keunecke博士認為，由TiAlN、B4C、B-C-NCBN復合涂層系統能夠達到刀具壽命約為PCBN復合片80％。
　　
　　如果這項技術能擴大到工業規模并使CBN基復合涂層刀具獲得工業應用，將IST專有技術。Keunecke博士預測，“如果我們能夠生成CBN涂層，并具有與PCBN相當刀具壽命，那么，雖然這種涂層工藝相當復雜，但仍然可大幅度降低刀具成本。”