[發明專利]具有包括含硼化物的擴散阻擋層的涂層的涂覆工具

在審

• 申請號: 202080013015.5
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN113412344A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 哈米德·博瓦蒂;尤爾根·拉姆;米利亞姆·阿恩特
• 申請（專利權）人: 歐瑞康表面處理解決方案股份公司普費菲孔
• 主分類號: C23C28/04
• 分類號: C23C28/04;C23C14/06;C23C14/14;C23C14/34;C23C14/35;C23C28/00;C23C30/00
• 代理公司: 北京之于行知識產權代理有限公司 11767
• 代理人: 何志欣

一種包括涂覆面的涂覆工具，涂覆面包括基材(1)，涂層(2)被沉積在基材所具有的表面上，其中，基材由含鈷材料制成，并且其中，該涂層包括至少一個含硼層(20)，而所述至少一個含硼層(20)含有鋁，該層所含的硼作為硼化物存在，因此該含硼層(20)能夠形成用于提供擴散阻擋層作用的其它層，尤其是當該涂覆工具或涂覆面暴露于約600℃和1200℃之間范圍內的溫度時，用于阻止鈷從基材表面擴散到該涂層。

技術領域

很多工業加工過程都發生在嚴酷條件如高溫下。這種嚴酷性也因苛求效率提升而被顯著加劇。一種用于在這種工作條件下保護工業工具的做法是通過在工具表面上施加薄涂層而將工具與嚴酷環境分隔。在眾多涂覆方法中，物理氣相沉積(PVD)技術在學術界和行業中都已獲得極大關注并且被公認獲得巨大成功。

盡管如此，高溫如今仍可能影響施加在工具表面上的涂層以及覆有涂層的工具表面(即覆有涂層的基材表面)。

一個眾所周知的例子是涂覆的硬質合金切削刀具。在工具使用期間，尤其在由硬質合金制造或含有硬質合金的工具的情況下，可能發生的是因工具表面暴露在高溫下而導致鈷向外擴散到涂層中。此外，如果沉積是在高溫下和采用高強度等離子體處理來進行的，鈷向外擴散到基材表面可能早在沉積過程中已發生。

本發明要解決的問題

盡管采用了涂層，因為基材(如切削刀具的切削刃)在某些應用中(例如在切削含鈦材料時)難免會暴露在高溫下，故需要能夠在涉及暴露于高溫的應用中幫助避免基材表面損傷的涂層。

在本發明的上下文中，術語“高溫”尤其是指在600℃至1200℃范圍內的溫度。

發明目的

本發明的主要目的是提供一種涂層，當涂覆的基材表面遇到高溫時，涂層有助于抑制從基材表面至涂層的元素擴散。此問題通?？赡艹霈F在如下情況下：

1.在正被涂覆的基材表面上的涂層的形成過程中，例如因為在基材表面處由涂層沉積過程中的離子轟擊造成的高溫，或者

2.在涂覆基材的使用期間，例如因為涂覆的基材表面直接暴露于高溫(例如當涂覆基材是要用在產生高溫的渦輪機的一部分中的部件時)或涂覆基材間接暴露于高溫(例如當高溫是因為涂覆工具在機加工過程中與工件發生摩擦接觸而產生)。

發明內容

本發明的目的通過提供一種涂覆基材來達成，其包括含鈷(Co)的基材1和沉積在基材表面上的涂層2，該涂層包括至少一個含硼層20，其進一步包括鋁并且其中硼以硼化物形式存在，其中，所述至少一個含硼層20被直接沉積在含鈷基材1的表面上(見圖3a)。

發明人觀察到了含硼層20所含的硼化物出乎意料地具有抑制鈷從含鈷基材1擴散到涂層2的性能。

在由含鈷材料制造的工具被用在機加工作業中的情況下，例如當采用硬質合金工具時，這種出乎意料的效果尤其對于避免基材損傷和涂層損傷是有用的。

發明人觀察到了抑制擴散過程的機理是在基材表面與涂層之間的界面中起效的。

發明人觀察到了包含Al-Co和B-Co的金屬間相的含鈷層21的形成(見圖3a)，這至少發生在以下兩種情況下：

1.當涂覆過程如此進行時，即，基材表面在涂層沉積過程中達到高溫(例如由離子轟擊造成)，和

2.當涂覆基材在使用過程中暴露于高溫時。

因此可以抑制鈷從含鈷工件擴散至涂層，因為在基材1和涂層2之間界面中形成金屬間相Al-Co和B-Co。