[發明專利]包含多層PVD涂層的切削工具

在審

• 申請號: 201580060058.8
• 申請日: 2015-10-20
• 公開（公告）號: CN107075692A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 法伊特·席爾
• 申請（專利權）人: 瓦爾特公開股份有限公司
• 主分類號: C23C28/04
• 分類號: C23C28/04;C23C14/32;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 王潛,郭國清

技術領域

本發明涉及一種包含硬質金屬陶瓷、陶瓷、鋼或高速鋼的基材和總厚度是1μm至20μm的在PVD工藝中向其施加的多層涂層的工具，其中所述多層涂層包含通過陰極真空電弧蒸發(電弧PVD)沉積的粘結層和通過高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)沉積在其上的耐磨保護層。本發明還涉及一種用于制造所述工具的方法。

背景技術

諸如用于例如碎屑除去金屬加工的那些切削工具的切削工具通常由硬質金屬、金屬陶瓷、鋼或高速鋼的基材(基體)組成，并具有通過CVD工藝(化學氣相沉積)或PVD工藝(物理氣相沉積)沉積在其上的金屬硬質材料層的耐磨單層或多層涂層。在PVD工藝中，區分不同的變體，例如陰極濺射(濺射沉積)、陰極真空電弧蒸發(電弧PVD)、離子電鍍、電子束蒸發和激光燒蝕。諸如磁控濺射、反應性磁控濺射和高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)的陰極濺射和電弧蒸發屬于最常用于切削刀具的涂布的PVD工藝。

進行陰極真空電弧蒸發(電弧PVD)時，電弧熔化和蒸發靶材料在腔室和靶之間進行。在該工藝中，大部分的蒸發材料被離子化并朝向基材加速，基材具有負電位(偏置電位)，且沉積在基材表面上。陰極真空電弧蒸發(電弧PVD)的特征在于高沉積速率，由于蒸發材料的高電離引起的致密層結構以及工藝穩定性。然而，顯著的缺點是由小金屬飛濺的發射引起的微粒(液滴)的工藝依賴性沉積，對此的避免是非常復雜的。液滴導致在沉積層上不期望的高表面粗糙度。

在陰極濺射(濺射)中，原子或分子通過用高能離子轟擊從靶中除去，并將其轉移到氣相中，隨后其直接或在與反應氣體反應之后從所述氣相沉積到基材上。由磁控管支撐的陰極濺射包括兩種基本的工藝變型：常規DC磁控濺射(DC-MS)和HIPIMS工藝。在磁控濺射中，不會發生在陰極真空電弧蒸發(電弧PVD)中的不利的液滴形成。然而，在常規DC-MS中，涂布速率比較低，這意味著較高的工藝持續時間，且因此導致經濟上的不利。

當使用高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)時，磁控管在高電流密度下以脈沖模式操作，特別是由于濺射材料的改善電離，產生呈較致密層形式的改善的層狀結構。在HIPIMS中，在靶處的電流密度通常超過常規DC-MS的密度。

通過DC-MS和HIPIMS沉積的層常常展示出相當大的結構差別。DC-MS層通常在基材上以柱狀結構生長。相比之下，在HIPIMS工藝中，獲得微晶層狀結構，其特征在于與DC-MS層相比具有改善的磨損特性和與其相關的更長使用壽命。HIPIMS層通常比柱狀DC-MS層更硬，但是它們對于與許多基材的粘附也顯示出缺點。

EP 2 653 583描述了一種用于通過PVD沉積基本上由三層組成的層系統的涂布程序，其中所述層系統包含一層布置在另一層之上的通過從蒸發材料(靶)M1進行陰極真空電弧蒸發(電弧PVD)沉積的接觸層S1、通過HIPIMS從放電材料(靶)M2沉積的覆蓋層S3和通過蒸發材料M1以及放電材料M2的電弧PVD和HIPIMS的平行操作沉積在其間的中間層S2。在該層系統中，與基本具有相同化學組成的比較涂層相比較，旨在獲得較低的表面粗糙度。

WO2013/068080描述了一種通過HIPIMS制造層系統的方法，其中交替地具有較細和較粗粒度的HIPIMS層通過交替地施加較長和較短的脈沖持續時間來沉積。這一交替層系統將具有良好的磨損特性。目的

本發明的目的在于提供具有耐磨保護涂層的工具以及其制造方法，其具有已知層系統的優點，特別是在HIPIMS工藝中沉積的層的優點，并且同時克服了從現有技術已知的缺點，特別是不充分的粘附。

發明內容

根據本發明，該目的通過提供一種工具實現的，所述工具具有硬質金屬、金屬陶瓷、陶瓷、鋼或高速鋼的基材和在PVD工藝中沉積到其上的總厚度是1μm-20μm的多層涂層，其中所述多層涂層包含接觸層和直接沉積在其上的耐磨保護層，

-其中所述粘結層通過陰極真空電弧氣相沉積(電弧PVD)沉積且具有多層設計，其中所述粘結層的一層直接布置在另一層之上的多個層具有不同的組成，且其中所述粘結層中的多個層各自由至少兩種選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Ru、Hf、Ta、W、Al、Si、Y、Li和B中的不同金屬的碳化物、氮化物、氧化物、碳氮化物、碳氧化物(Oxicarbiden)、碳氧氮化物(Carboxinitriden)及其固溶體形成，且