[發明專利]氧氮化鋁涂覆的物品及其制造方法

有效

• 申請號: 201210068046.8
• 申請日: 2012-03-15
• 公開（公告）號: CN102677016A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: V·佐特克;H·韋斯特法爾;H·范登伯格;Z·班;Y·劉;M·S·格林菲爾德
• 申請（專利權）人: 鈷碳化鎢硬質合金公司
• 主分類號: C23C16/30
• 分類號: C23C16/30;B23B27/14
• 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: 李帆

技術領域

本發明涉及一種涂覆的物品，例如像一種涂覆的切削刀具、一種涂覆的(堅硬的)碳化物鉆頭以及一種端銑刀。本發明進一步涉及一種涂覆的磨損部件，例如像閥體、沖頭和模口。更確切地說，本發明涉及具有一個基底以及在該基底上的涂覆方案的一種涂覆的物品，如一種切削刀具或磨損部件。該涂覆方案包括通過化學氣相沉積(CVD)而沉積的一個氧氮化鋁涂層。總體而言，該涂覆方案進一步包括一個或多個其他涂層。

本發明還涉及一種用于制造帶有氧氮化鋁涂層的涂覆的物品(如切削刀具或磨損部件)的方法。該方法包括提供一個基底、并然后通過化學氣相沉積而沉積一種涂覆方案。該涂覆方案包括至少一個氧氮化鋁涂層。該氣態混合物包括以下氣體：氫氣、氮氣、三氯化鋁、二氧化碳、氯化氫、氨、以及任選的一氧化碳和/或氬氣。

背景技術

迄今為止，在授予Fried?Krupp的英國專利申請GB?2038370A中，一種切削鑲片包括一種涂覆方案，該涂覆方案包括一個金屬氮氧化物涂層，其中該金屬可以是鋁、鈦或鋯。在一個實例中，一種硬質材料的可分度的切削鑲片涂覆有來自TiCl₄和CH₄的氣態混合物的一個碳化鈦層。接著，該碳化鈦涂層被涂覆有一個具有等于4的原子百分比的氮含量的Al₂O_2.8N_0.2層。該氣態混合物包括50％的H₂、46.6％的N₂、0.4％的NH₄、2％的CO₂以及1％的AlCl₃。見第1頁第51行至第59行。

在授予Sarin的美國專利號4,950,558中，一個陶瓷基底在其上具有一種涂覆方案。這些涂層之一包括Al_xO_yN_z，它是一種在組成上被分級的涂層。根據Sarin的專利(見第5欄第21行至第39行)，該氧氮化鋁涂層可以通過同時進行以下反應來沉積：

(1)AlCl₃(g)+NH₃(g)→AlN(s)+3HCl(g)

(2)2AlCl₃(g)+CO₂+3H₂→Al₂O₃(s)+6HCl(g)

在這些實例中，該氧氮化鋁涂層具有一種分級的組成。

雖然早期的產品包括了氧氮化鋁的CVD涂層，但仍需要提供一種具有改進的性能特性的涂覆的物品，如一種切削刀具或磨損部件，它具有包括氧氮化鋁涂層的一種涂覆方案。這樣一種涂覆的切削刀具或磨損部件呈現了具有減小的拉伸應力直至中等的壓縮應力的一個氧氮化鋁涂層。減小的拉伸應力或中等的壓縮應力條件可以歸因于較低的熱膨脹特性、良好的熱穩定性、或者高的硬度中的一個或多個。

高度希望的是提供一種改進的涂覆的物品，如涂覆的切削刀具或涂覆的磨損部件，其具有包括氧氮化鋁涂層的一種涂覆方案，其中該切削鑲片連同磨損部件都具有改進的性能特性。這些改進的性能特性包括增大的耐磨性以及增大的抗熱震性。

此外，高度希望的是提供一種涂覆的物品(如一種涂覆的切削刀具或涂覆的磨損部件)，它具有一個表現出減小的拉伸應力直至中等的壓縮應力的氧氮化鋁涂層。通過提供一種具有減小的拉伸應力直至中等的壓縮應力的氧氮化鋁涂層，該涂覆的物品表現出了對裂縫生長的抵抗性。在這樣一種涂層中，拉伸應力條件了支持裂縫生長而壓縮應力條件避免了裂縫和裂縫生長。在類似間斷的切割的一種應用中，避免裂縫和裂縫生長是特別有利的。

另外，高度希望的是提供一種涂覆的物品(如一種涂覆的切削刀具或涂覆的磨損部件)，其具有一個氧氮化鋁涂層，該氧氮化鋁涂層具有較低的熱膨脹特性，即在該涂層的表面上看不到微裂紋。在定量的意義上，這意味著在30X的光學顯微鏡下在涂層的月牙洼截面中觀察到零裂縫產生。通過提供一種具有較低熱膨脹特性的氧氮化鋁涂抗熱震性熱震穩定性層，該涂覆的物品消除了熱開裂的出現，這有益于改進切削刀具的抗熱震性。

另外，高度希望的是提供一種涂覆的物品(如一種涂覆的切削鑲片或一種涂覆的磨損部件)，其具有一個氧氮化鋁涂層，該氧氮化鋁涂層表現出良好的熱穩定性，即該涂層在1200℃下在真空中熱處理2小時后仍然存在。這意味著通過X射線衍射檢測不到任何的相轉變。通過提供一個具有良好的熱穩定性的氧氮化鋁涂層，該涂覆的物品表現出改進的耐磨性。