[發明專利]制造PVD層的方法和涂覆的切削工具

有效

• 申請號: 201680073466.1
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN108368618B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 拉爾斯·約翰遜;馬爾塔·薩賴瓦
• 申請（專利權）人: 山特維克知識產權股份有限公司
• 主分類號: C23C30/00
• 分類號: C23C30/00;C23C14/06;C23C14/32
• 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

本發明涉及一種在基材上制造涂層的方法，所述涂層包含通過陰極電弧蒸發而沉積的PVD層(A)，其為式Me_xSi_yAl_zC_aN_bO_c的化合物，其中Me為IUPAC元素周期表中第4、5和6族的一種或多種金屬，所述PVD層(A)是通過施加約?40V至約?450V的脈沖偏置電壓到所述基材并使用小于約12％的占空比和小于約10kHz的脈沖偏置頻率來沉積的。本發明還涉及一種涂覆的切削工具，所述切削工具包括基材和涂層，其中所述涂層包含PVD層(A)，所述PVD層(A)為式Me_xSi_yAl_zC_aN_bO_c的化合物，其中Me是所述IUPAC元素周期表中第4、5和6族的一種或多種金屬，所述PVD層(A)是結晶的，在X射線衍射中的立方(111)峰的FWHM(半峰全寬)的值≤0.3度(2θ)。

技術領域

本發明一方面涉及一種制造PVD層的方法，并且另一方面涉及一種涂覆的切削工具。

背景技術

物理氣相沉積(PVD)是在例如硬金屬的基材上獲得耐磨涂層的公知技術。這些涂層可用作金屬機械加工的切削工具，諸如刀片和鉆頭。

通常使用的PVD工藝包括電弧蒸發、磁控濺射和離子電鍍。電弧蒸發工藝相比于其它PVD工藝的優點通常包括對下面的基材或層的更好的粘附性和更高的沉積速率。

然而，在通過電弧蒸發工藝制成的層中，通常得到富含晶格缺陷的涂層。當從上方放大看時，涂層看起來“模糊”，而沒有任何可見的單獨晶粒特征。諸如點缺陷的缺陷導致涂層中的殘余壓應力增加。

另一方面，在濺射的層中，可能會得到較低的缺陷密度、較高的結晶度以及有時候在表面上的晶面。

在電弧蒸發工藝中，施加電弧電流到真空腔室內產生金屬蒸氣或等離子體的一個或多個金屬靶上。將偏置電壓施加到基材上，同時靶充當陰極表面。點燃電弧并產生小的發射區域，其中氣化的陰極材料朝著基材高速離開陰極。在通常的設置中，使用待存在于涂層中的所需金屬或金屬組合的一個或多個靶，并且根據待被涂覆的化合物而在存在反應氣體的情況下進行沉積過程。當需要金屬氮化物時，通常使用氮氣作為反應性氣體；對于金屬碳化物，則使用甲烷或乙烷；對于金屬碳氮化物，則使用甲烷或乙烷與氮氣一起；并且另外添加氧氣用于沉積金屬羧基氮化物。

施加到待被涂覆的基材上的偏置電壓可以以DC模式或時變模式施加。時變模式可以是脈沖模式，其中電壓隨時間變化，例如通過交替地使偏置電壓接通和使偏置電壓關閉。在沉積期間偏置脈沖周期的總時間中的“接通時間”(即施加偏置電壓的時間)的百分比被稱為“占空比”。

脈沖模式中的偏置電壓的頻率通常以kHz表示。

在用于金屬機械加工的切削工具領域中，常用的PVD涂層是元素周期表中第4、5和6族金屬以及Al和Si的氮化物、碳氮化物和羧基氮化物。

盡管在PVD層中有很多次需要一定水平的壓縮殘余應力，但由于存在對與下面的層或基材的粘附性的不利影響的風險，壓縮殘余應力應優選不能太高。

對如下的涂覆的切削工具存在持續的需求，其中涂層在與基材的粘附性和抗剝落性方面具有優異的性質，并且還具有優異的耐磨性，例如耐凹陷磨損性和/或耐后刀面磨損性。

此外，還需要一種電弧蒸發沉積的PVD層，所述PVD層除了具有電弧蒸發沉積層的一般益處例如與基材的優良粘附性外，還具有低水平的晶格缺陷，例如低的點缺陷密度。

定義

術語“占空比”是指在完整的脈沖周期(“接通時間”+“斷開時間”)期間偏置電壓處于“接通”(即活動的)的時間的百分比。