[發(fā)明專利]涂覆方法、工件或工具及其用途

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980111387.5
• 申請(qǐng)日: 2009-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN101981222A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·塔博斯基;M·阿德特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司
• 主分類號(hào): C23C14/00
• 分類號(hào): C23C14/00;C23C14/06;C23C14/34;C23C14/54;C23C30/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李帆

本發(fā)明涉及通過(guò)DC濺射法用至少一個(gè)Ti_1-xAl_xN層來(lái)涂覆基片的一種方法，該基片是由燒結(jié)碳化物、金屬陶瓷、鋼、或陶瓷構(gòu)成。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種已經(jīng)通過(guò)上述方法被涂覆的工件或工具并涉及其用途。

目前為機(jī)加工金屬而生產(chǎn)的大多數(shù)燒結(jié)碳化物切削元件是被涂覆的，以使得切削鑲片更硬和/或更耐磨。來(lái)自體系Ti-Al-N-C的硬質(zhì)材料被選擇例如作為該涂層。除CVD方法之外，PVD方法也被用于這種涂覆。

一種特別的PVD法是被稱為電弧PVD的方法。借助于一個(gè)觸發(fā)器，在一個(gè)陽(yáng)極(例如一個(gè)室壁)與一個(gè)陰極(由(金屬的)涂覆材料組成)之間觸發(fā)電弧。這在陰極產(chǎn)生了如此高的溫度使得該材料局部熔化并蒸發(fā)。由此該電弧移動(dòng)穿過(guò)該陰極。該電弧中，這些蒸發(fā)的粒子幾乎被完全電離。通過(guò)這種電弧-PVD法，有可能來(lái)例如生產(chǎn)具有有利的(200)織構(gòu)的TiAlN層。

用于使該涂覆材料蒸發(fā)的另一種PVD法，例如像在DE?10?2005?021?927A1中概括地描述的，是被稱為濺射(陰極濺射)的方法。在這種情況下，用高能離子對(duì)由涂覆材料組成的靶材進(jìn)行轟擊，因而原子從固體本體中分離出并且轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀唷Ｍㄟ^(guò)濺射，可以產(chǎn)生出色的表面品質(zhì)，特別是具有低粗糙度的表面。

一個(gè)特別的濺射法是高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)，它通過(guò)以一種脈沖的方式來(lái)將電源供給充當(dāng)陰極的靶材而著名(這方面參見(jiàn)DE?10?2006?017382A1、US?6,296,742)。在這種情況下提供的功率密度是如此之高以至于所發(fā)生的輝光放電已經(jīng)具有電弧放電的特征。在HIPIMS的情況下，使用了非常高的電壓。因?yàn)樵摪胁谋挥米麝帢O，所以這種方法涉及增強(qiáng)的再濺射效應(yīng)，這導(dǎo)致了低的沉積速率。這伴隨的情況是生長(zhǎng)速度是較低的。

在EP?10?17870?B1，披露了具有保護(hù)層系統(tǒng)的一種工具。該工具具有一個(gè)MeX涂層，其中Me包括鈦和鋁并且X是氮或碳中的至少一種。(200)面與(111)面的衍射強(qiáng)度之比Q₁大于1。對(duì)于該層之中的壓縮應(yīng)力σ，1GPa≤σ≤6Gpa。選擇電弧氣相沉積或通過(guò)反應(yīng)濺射的氣相沉積作為涂覆方法。

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法，通過(guò)該方法有可能生產(chǎn)結(jié)合了濺射法與電弧法的優(yōu)點(diǎn)的涂層，即，使之有可能獲得具有低粗糙度以及有利的(200)織構(gòu)的一種涂層。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種工件，該工件具有一個(gè)具備上述特性的涂層。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是使用特別適合于對(duì)金屬進(jìn)行機(jī)加工的多種工具。

這些目的通過(guò)權(quán)利要求1中所述的方法、權(quán)利要求6所述的硬質(zhì)材料涂覆的工件、并且通過(guò)權(quán)利要求9中所述的它的用途而得以實(shí)現(xiàn)。

在如權(quán)利要求1所述的方法的情況下，使用多種電離助劑來(lái)增大等離子體密度。

根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)有利的實(shí)施方案提供，該等離子體密度通過(guò)空心陰極效應(yīng)而增大。該空心陰極效應(yīng)可以在輝光放電的過(guò)程中在某些先決條件下觀察到。在輝光放電的過(guò)程中，在這些陰極的表面上形成了被稱為陰極壓降或輝光接縫的區(qū)域。若將鄰近的陰極表面帶到一起如此近因而這些區(qū)域重疊，則等離子體的準(zhǔn)中性被克服并且發(fā)生流過(guò)這些表面的氣體的大的電離作用。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)，使所有這些反應(yīng)氣體均通過(guò)一個(gè)空心陰極。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的DC濺射法的情況下，使該空心陰極放電永久地運(yùn)作。

該方法的另一個(gè)有利的改進(jìn)在于使用磁場(chǎng)來(lái)增大等離子體密度，這些磁場(chǎng)線優(yōu)選是與待涂覆的基片表面垂直的。洛侖茲力垂直于運(yùn)動(dòng)的方向作用在以速度v相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子上。在均勻磁場(chǎng)的情況下，這些粒子在圓形路徑上運(yùn)動(dòng)，由此等離子體密度增大。

通過(guò)權(quán)利要求1所述的方法而生產(chǎn)的工件的一個(gè)有利的改進(jìn)在于，在該Ti_1-xAl_xN層中，0.5≤x≤0.7適用于x。

一個(gè)進(jìn)一步有利的改進(jìn)在于，該Ti_1-xAl_xN層的厚度是至多15μm、優(yōu)選至多10μm。

通過(guò)權(quán)利要求1所述的方法生產(chǎn)的權(quán)利要求4所述的工件特別好地適用于生產(chǎn)機(jī)加工、成型或沖孔工具，優(yōu)選是可分度鑲片、柄式工具，特別是鉆頭或銑刀，或磨損部件。

下面參考附圖解說(shuō)根據(jù)本發(fā)明的方法的有利的改進(jìn)，其中：

圖1a和b示出了空心陰極效應(yīng)的發(fā)生，

圖1c示出了穿過(guò)該空心陰極的氣流，

圖2示出了由附加的磁場(chǎng)引起的等離子體密度的增大。