[發(fā)明專利]TiAlN?涂層工具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380041300.8
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN104520472B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 法伊特·席爾;烏爾里希·阿爾伯斯
• 申請（專利權(quán)）人: 瓦爾特公開股份有限公司
• 主分類號: C23C28/04
• 分類號: C23C28/04;C23C28/00;C23C30/00;C23C14/06;C23C14/34
• 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: 張爽,郭國清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種工具，所述工具包含由硬質(zhì)金屬、金屬陶瓷、陶瓷、鋼或高速鋼制成的基體和以PVD工藝施加至所述基體的單層或多層耐磨保護(hù)涂層，所述耐磨保護(hù)涂層中的至少一層是鈦鋁氮化物Ti_xAl_yN層，其中x+y＝1。

背景技術(shù)

切削工具，尤其是金屬切削工具，由例如由硬質(zhì)金屬、金屬陶瓷、陶瓷、鋼或高速鋼制成的基體構(gòu)成。為了增加工具壽命或改進(jìn)切削特性，經(jīng)常通過CVD或PVD工藝將單層或多層的由硬質(zhì)材料制成耐磨保護(hù)涂層施加到所述基體上。在PVD工藝中，在不同的工藝變體例如磁控濺射、電弧蒸發(fā)(電弧PVD)、離子鍍、電子束蒸發(fā)和激光燒蝕之間存在區(qū)別。PVD工藝中最常用于涂層工具的要數(shù)磁控濺射和電弧蒸發(fā)。在個(gè)別的PVD工藝變體中，又有多種的改性，例如非脈沖或脈沖磁控濺射或者非脈沖或脈沖電弧蒸發(fā)等。

在PVD工藝中的靶材可由純金屬或者兩種或更多種金屬的組合構(gòu)成。如果所述靶材包含多種金屬，則所有這些金屬同時(shí)被引入涂層的、以PVD工藝構(gòu)建的層中。所構(gòu)造層中金屬相互之間的相對比例將取決于所述靶材中的所述金屬的比例，但因?yàn)榕c其它金屬相比，一些金屬在特定條件下以更大的量從靶材釋放和/或以更大的量沉積到基底上，因此也將取決于PVD工藝中的條件。

為了生產(chǎn)特定的金屬化合物，將反應(yīng)氣體進(jìn)料到PVD工藝的反應(yīng)室中，這樣的反應(yīng)氣體例如是用于生產(chǎn)氮化物的氮?dú)狻⒂糜谏a(chǎn)氧化物的氧氣、用于生產(chǎn)碳化物的含碳化合物或者用于生產(chǎn)相應(yīng)混合化合物例如碳氮化物、氧碳化物等的這些氣體的混合物。

WO 96/23911A1描述了在基底上的耐磨保護(hù)層，其由直接施加到基底上的硬質(zhì)材料的涂層和施加到其上的一系列10到1000個(gè)另外的單個(gè)涂層構(gòu)成，所述一系列涂層由具有1-30nm的單層厚度的金屬硬質(zhì)材料和共價(jià)硬質(zhì)材料交替構(gòu)成。通過周期性交替設(shè)置金屬硬質(zhì)材料和共價(jià)硬質(zhì)材料的單個(gè)涂層，旨在改進(jìn)所述耐磨保護(hù)層的機(jī)械和化學(xué)特性。

WO 2006/041367A1描述了一種涂層切削工具，其由硬質(zhì)金屬基底和以PVD工藝沉積的涂層構(gòu)成，所述涂層包含至少一個(gè)具有1.5至5μm厚度和>4至6GPa的殘余壓應(yīng)力的TiAlN涂層。據(jù)稱，與已知涂層相比，該TiAlN涂層更有效地粘合至基底。

EP 2 298 954A1描述了一種用于制造涂層切削工具的方法，其中通過PVD工藝將硬質(zhì)材料涂層例如TiAlN、TiAlCrN或TiAlCrSiN施加至基底，基底的偏壓在沉積工藝期間變化。據(jù)稱，該方法提供了工具的改進(jìn)的耐磨性和較長的使用壽命。

在特定的金屬加工操作，例如銑削和車削中，對工具加以特別苛刻的要求。這種類型工具的重要參數(shù)是高度的硬度、高彈性模量(E模量，楊氏模量)和低表面粗糙度。用于所描述用途的已知切削工具具有TiAlN涂層，該涂層以PVD工藝施加并通常具有小于400GPa的彈性模量和最高達(dá)3500HV的維氏硬度。因鋁的熔化溫度低，所以當(dāng)這種類型的TiAlN層以電弧工藝沉積時(shí)，它們傾向于在層上和層中形成不利地影響涂層性能的所謂的小滴。合適地選擇沉積工藝的參數(shù)可在PVD工藝中提高硬度和彈性模量，但是這通常在層中導(dǎo)致約>3GPa的高殘余壓應(yīng)力，其不利地影響切削刃的穩(wěn)定性。當(dāng)經(jīng)受高應(yīng)力時(shí)，切削刃易于在早期崩裂，由此導(dǎo)致工具的快速磨損。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種工具，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述工具具有更好的涂層，該涂層具有高度的硬度、高彈性模量，且同時(shí)具有可接受的殘余應(yīng)力和切削刃的改進(jìn)的穩(wěn)定性。

技術(shù)方案