[發(fā)明專利]用鈦和/或硅微合金化的釩鋁氮化物(VAlN)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980069882.8
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN112930417A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 西瓦·芬妮·庫瑪·亞拉曼奇利
• 申請（專利權(quán)）人: 歐瑞康表面處理解決方案股份公司普費菲孔
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/32;C23C14/34;C23C14/00;C23C28/04
• 代理公司: 上海和躍知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31239
• 代理人: 尹洪波

本發(fā)明披露了一種高溫穩(wěn)定陶瓷涂層結(jié)構(gòu)，其包含微合金，微合金含有元素Al、V和N并且可通過氣相沉積工藝來生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明關(guān)于耐磨涂層合金，其至少包含通過PVD和/或相關(guān)工藝所涂覆的過渡金屬-Al-N，旨在針對高于800℃的高溫應(yīng)用。

背景技術(shù)

由亞穩(wěn)c-TM-Al-N構(gòu)成的PVD涂層因其耐磨應(yīng)用而眾所周知(注意：“c-”是指立方，“TM”是指過渡金屬，“Al”是指鋁，“N”是指氮)。

這些涂層顯示出硬度、抗斷裂性和抗氧化性的最佳組合。因此，即使僅施加幾微米的薄涂層都帶來在切削、成形和汽車和航空其它相關(guān)應(yīng)用中的工具和部件的使用壽命的顯著延長。

但是，這些已知的由亞穩(wěn)相構(gòu)成的涂層顯示出有限的熱穩(wěn)定性，這是通過與退火溫度相關(guān)的硬度(如隨后在圖1中示出的那樣)所測量的，其表明這些涂層的可能的最高應(yīng)用溫度。

就此主題的一些調(diào)查研究揭示出亞穩(wěn)合金c-TM-Al-N在800℃至900℃之間的中間退火溫度可能顯示出硬度提高。

關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在高于900℃的退火溫度，在這里，亞穩(wěn)合金通過以下反應(yīng)分解成其各自基態(tài)，導(dǎo)致如也在圖1中示出的硬度損失。

這種分解可如下說明：

亞穩(wěn)c-TM-Al-N-----c-TMN+w-AlN (1)

其中，TM例如可以是Ti、Cr、Nb、V。

所生成的w-AlN具有較低的300GPa的彈性模量和25GPa的較低硬度。

由相變造成的上述較低硬度將這些涂層的應(yīng)用溫度限制到對于長達100小時的較長暴露時間下的800℃最高溫度和對于長達1小時的短暫暴露時間下的900℃。

對于牽涉到更高退火溫度和高于900℃且超過100小時長時間暴露的應(yīng)用，這種應(yīng)用例如可以是熱金屬加工或渦輪機覆尖密封劑施加，需要優(yōu)質(zhì)合金，在這里，在高于900℃的退火溫度能夠維持穩(wěn)定的硬度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是緩解或克服一個或多個與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的難題。特別是，本發(fā)明的目的是提供一種堅硬的、抗斷裂的且抗氧化的涂層結(jié)構(gòu)，其在高溫是穩(wěn)定的且可以通過簡單且劃算的方式制造。

本發(fā)明的說明

我們已在探索不同的合金組合并且驚奇地發(fā)現(xiàn)了用Ti和Si微合金化的AlVN合金所顯示出的異常硬度使其對于高溫應(yīng)用更具吸引力：

因此，在本發(fā)明的第一方面，披露一種高溫穩(wěn)定陶瓷涂層結(jié)構(gòu)，其包含含有元素Al、V和N的微合金，其可通過氣相沉積工藝來生產(chǎn)。

本發(fā)明語境中的術(shù)語“高溫穩(wěn)定涂層結(jié)構(gòu)”特別是指如下結(jié)構(gòu)，其在至少高達800℃的溫度下長時間穩(wěn)定，即它可以在超過800℃的溫度被使用長達100小時，而沒有顯示出任何顯著的硬度損失。

在第一方面的另一例子中，涂層結(jié)構(gòu)以亞穩(wěn)涂層結(jié)構(gòu)形式形成，其在至少高于900℃的溫度呈多相形式，尤其是呈立方相和纖鋅礦相形式。

在第一方面的另一例子中，涂層結(jié)構(gòu)在900℃以上具有硬度提高和/或增強的斷裂韌性，硬度提高和/或斷裂韌性優(yōu)選與涂層結(jié)構(gòu)的相變相關(guān)，尤其是基于涂層結(jié)構(gòu)的相變。

在第一方面的另一例子中，涂層結(jié)構(gòu)在高于900℃的溫度超過50小時，優(yōu)選超過75小時，尤其超過100小時的較長暴露時間內(nèi)都是穩(wěn)定的。在此上下文中，“穩(wěn)定”尤其并非意味著相穩(wěn)定，而是材料穩(wěn)定。

在第一方面的另一例子中，該涂層結(jié)構(gòu)具有小于10μm，優(yōu)選小于1μm，尤其小于500nm的層厚度。