[發明專利]多層式氮化物硬質涂層

有效

• 申請號: 201180026355.2
• 申請日: 2011-03-21
• 公開（公告）號: CN102933736A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: R·M·佩尼徹;劉一雄;倪旺陽;M·S·格里恩菲爾德
• 申請（專利權）人: 鈷碳化鎢硬質合金公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王海寧

發明領域

本發明涉及用于基底的多層式氮化物硬質涂層。更特別地，本發明涉及包括一個第一層和一個第二層的硬質涂層，該第一層為氮化鈦鋁并且該第二層包括氮化鈦硅和氮化鈦鋁的交替子層組。本發明還涉及具有此類硬質涂層的涂覆物品并且涉及制作這些硬質涂層和這些硬涂覆物品的方法。

發明背景

幾十年來，硬質涂層已經被施用至各種類型的物品上以改善其耐磨損性從而延長它們的工作壽命。硬質涂層通常被施用至切削刀具和耐磨損部件上。歷年來，為了研發具有改進特性的新型硬質涂層已經付出了很多努力。

例如，授予Fukui等人的美國專利號7,060,345中傳授了一種硬質涂層，該硬質涂層包括一個或多個第一層以及一個或多個第二層，這個或這些第一層由潤滑化合物構成，該潤滑化合物是選自鈦硅的氮化物、碳化物、碳氮化物、氧氮化物和碳氮化物；并且這個或這些第二層為選自以下各項的硬質化合物：從鈦、鉻、和鈦鉻合金中選定的一種金屬的氮化物、碳化物、以及碳氮化物。這些第一和第二層可以一個在另一個上重復地沉積，以便構成一種由多個交替的潤滑層和硬質層構成的硬質涂層。

授予Ishikawa等人的美國專利號6,586,122還傳授了在切削刀具上使用一種多層式硬質涂層。在此情況下，該多層式硬質涂層包括一個第一層，該第一層包括一種或多種選自由鈦、鋁以及鉻組成的組中的金屬元素以及一種或多種選自由氮、硼、碳、以及氧組成的組中的非金屬元素；和一個第二層，該第二層包括硅和一種或多種選自由周期表中4a、5a以及6a族中金屬元素組成的組中的金屬元素、和鋁、以及一種或多種選自由氮、硼、碳和氧組成的組中的非金屬元素。該第二層具有一種結構，其中一種富含硅的的相被分散在一個包含了相對少量的硅的基質相中。該富含硅的相可以是無定形的或者結晶的氮化硅或硅并且是通過使用在約300°C至500°C范圍內的基底溫度并結合一個在不同水平的負電壓之間或在正電壓與負電壓之間周期性變化的基底偏置電壓來形成的。

同樣地，未經審查的日本專利公開2000-334606傳授了一種多層的硬質涂層，其中該硬質涂層包括氮化鈦鋁和氮化鈦硅的交替層。這些氮化鈦鋁層包含了40至75原子百分比的鋁。這些氮化鈦硅層包含了10至60原子百分比的硅。這些氮化鈦硅層包含了硅和氮化硅的獨立相。與這個申請相伴的，即，未經審查的日本專利公開2000-334607，包含了幾乎相同的硬質涂層的傳授內容，除了它并未提及硅和氮化硅的獨立相。不同的是，它將該氮化鈦硅層描述為具有一種氯化鈉晶體結構，盡管在這個申請中披露的那些硬質涂層組合物與在其伴隨的申請中披露的那些是相同的。比較這兩個相伴的申請，似乎在該硬質涂層的物理氣相沉積過程中施加的基底偏置電壓就是用于控制該氮化鈦硅涂層的結構的電壓。一個低值的負偏壓（-30V）被用于產生氮化鈦硅層，這些層包括硅和氮化硅的獨立相，而一個高得多的負偏壓（-100V）被用于生產僅具有氯化鈉晶體結構的氮化鈦硅層。在這兩個申請中，這些硬質涂層是使用不超過400°C的基底溫度來形成的。

不過，隨著生產速率的升高以及提供制造的經濟效率的努力密集化，對更持久的、更耐磨損的切削刀具以及磨損部件持續存在需要。本發明的一個目的是滿足這種需要。

發明概述

本發明的諸位發明人發現了具有出人意料地改善了的耐磨損性的一種硬質涂層。本發明提供了一種硬質涂層，該硬質涂層包括一個第一氮化鈦鋁層以及一個包括多個子層組的第二層。每個子層組包括一個第一氮化鈦硅子層以及一個第二氮化鈦鋁子層。在該第一層和這些子層組二者之中，該氮化鈦鋁的構成是通過化學式(Ti_xAl_1-x)N給出的，其中0.4≤x≤0.6。這些氮化鈦硅子層的構成是通過化學式(Ti_ySi_1-y)N給出的，其中0.85≤y≤0.98。本發明的諸位發明人已經做出了出人意料的發現，即，該硬質涂層的改進的耐磨損性是取決于這些子層組中存在的鋁和硅的組合量，該組合量被控制得很窄，使得x與y之和是在1.38至1.46的范圍內。

本發明還包括：包含此類硬質涂層的物品、以及制作這些硬質涂層和這些硬涂覆的（hard?coated）物品的方法。

附圖簡要說明

通過參考附圖將更好地理解本發明的特征和優點的關鍵性。然而，應該理解的是附圖的設計僅是為了解說的目的并且不是作為對本發明的限制的定義。

圖1是根據本發明一個實施方案的一個硬質涂層的示意圖。