[發(fā)明專利]以硬質(zhì)材料覆層的，由金屬、硬質(zhì)金屬、金屬陶瓷或陶瓷制成的體以及制造這種體的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280059368.4
• 申請(qǐng)日: 2012-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN103987874B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 因戈?duì)柗颉ざ鞯吕?/a>;塞巴斯蒂安·斯科爾茨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 弗朗霍夫應(yīng)用科學(xué)研究促進(jìn)協(xié)會(huì)
• 主分類號(hào): C23C16/34
• 分類號(hào): C23C16/34;C23C16/36;C23C28/04
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李楠;安翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種以硬質(zhì)材料覆層的，由金屬、硬質(zhì)金屬、金屬陶瓷或陶瓷制成的體，其以TiSiCN層或含有至少一個(gè)TiSiCN層的層體系覆層，并且涉及一種制造這種體的方法。在體上產(chǎn)生的根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)材料層的突出之處在于高硬度、高氧化耐受性和溫度耐受性以及高粘附性，并且能作為防磨損層而在許多硬質(zhì)金屬工具和陶瓷工具中得到采用。

背景技術(shù)

如今，許多硬質(zhì)金屬工具和陶瓷工具具有防磨損覆層，其決定性地提高了使用壽命。通過這些防磨損覆層的特殊的特性，例如高硬度、良好的氧化耐受性和溫度耐受性保護(hù)了工具并且顯著提高了效率。

因此，尤其公知的是基于Ti的硬質(zhì)材料層，例如TiN和TiCN。然而這類硬質(zhì)材料層不具有足夠的氧化耐受性，從而在切屑處理時(shí)由于在切割棱邊上的高溫而不能不加冷卻潤滑劑地采用這些硬質(zhì)材料層。

這些層的氧化耐受性和硬度可以通過摻入其他元素(例如鋁或硅)改善。一個(gè)途徑是開發(fā)含硅的納米復(fù)合材料層，其由納米晶的TiCN相和非晶的含硅的相所組成。

Ti-Si-C-N體系的復(fù)合材料或納米復(fù)合材料已經(jīng)可以通過不同的物理氣相沉積和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法來沉積。這些層的突出之處在于高硬度和減小的摩擦值(參見J.-H.Jeon,S.R.Choi,W.S.Chung,K.H.Kim,Surface&Coatings?Technology(表面與涂層技術(shù))188-189(2004)415以及R.Wei,C.Rincon,E.Langa,Journal?of?Vacuum?Science?and?Technology(真空科學(xué)與技術(shù))A28(2010)1126)。

在PVD(物理氣相沉積)技術(shù)中使用磁控濺射方法或電弧工藝，如在DE3811907C1、WO2008/130316A1中以及由J.-H.Jeon,S.R.Choi,W.S.Chung,K.H.Kim在Surface&Coatings?Technology188-189(2004)415中所描述的那樣。通過使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)同樣可以制造帶有或沒有納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的TiSiCN層(參見D.Ma,S.Ma,H.Dong,K.Xu,T.Bell,Thin?Solid?Films(固體薄膜)496(2006)438以及P.Jedrzeyowski,J.E,Klemberg-Sapieha,L.Martinu,Surface&Coatings?Technology188-189(2004)371)。借助PECVD制造的TiSiCN納米復(fù)合材料層具有與PVD層近似的高硬度和特性。

迄今，對(duì)于借助熱化學(xué)氣相沉積(CVD)制造Ti-Si-C-N體系的硬質(zhì)材料層僅給出了少量的試驗(yàn)。Kuo等人在三篇科學(xué)出版物中報(bào)告了與之相關(guān)的研究(參見D.-H.Kuo,K.-W.Huang,Thin?Solid?Films394(2001)72和D.-H.Kuo,K.-W.Huang,Thin?Solid?Films394(2001)81以及D.-H.Kuo,W.-C.Liao,Thin?Solid?Films419(2002)11)。但是，在直至800℃的溫度僅能夠制造帶有小于8原子％的碳含量的TiSiCN復(fù)合材料覆層。晶相是TiN或TiN_0.3而不涉及TiC_xN_1-x。在800℃和1100℃之間的溫度不產(chǎn)生復(fù)合材料層，而是產(chǎn)生帶有在10GPa和27.5GPa之間的硬度的單相(Ti,Si)(C,N)層。也就是說，這些層的硬度相對(duì)以上所提到的借助PVD方法和PECVD方法制造的超硬的納米復(fù)合材料層是相對(duì)較小的。

由US2008/0261058A1還已經(jīng)公知了一種層，其由TiC、TiN或Ti(C,N)以及合金元素Si、Cr、V組成。該層要么由帶有合金元素的晶體混合相組成，要么由兩個(gè)或多個(gè)相形成的復(fù)合材料層組成。在此，一個(gè)相以在微米范圍中的TiCN晶粒的形式存在，并且其他相由合金元素Si、Cr、V的氮化物和碳化物所組成。

在所介紹的復(fù)合材料層中缺點(diǎn)在于，其僅具有微小的硬度以及不足夠的氧化耐受性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)在于，針對(duì)由金屬、硬質(zhì)金屬、金屬陶瓷或陶瓷制成的體開發(fā)一種層體系，該層體系是單層的或多層的并且含有至少一個(gè)TiSiCN硬質(zhì)材料層，其突出之處在于高硬度、高的氧化耐受性和溫度耐受性以及高粘附性。在該任務(wù)中還包括開發(fā)一種方法，其使得在工業(yè)條件下也能夠成本低廉地生產(chǎn)這種類型的覆層。