专利名称：：金属碳氮化物层和生成金属碳氮化物层的方法金属碳氮化物层和生成金属碳氮化物层的方法本发明涉及到覆盖一种工具或者工具的部分、特别是覆盖像刀片一样的切割元件的方法，其中准备基体并且在这上面覆盖一层或者多层覆层，在这里至少一层是由包括钛、锆、铪、钒、铌、钽和/或者铬的一种或者多种金属的金属碳氮化物构成并且是借助于含有甲烷、氮和一种或者多种金属化合物的气体来沉积的。另外，本发明还涉及到用包括钛、锆、铪、钒、铌、钽和/或者铬的至少一种或者多种金属的金属碳氮化物层、比如说碳氮化钛层覆盖在物体上的覆层。除此之外，本发明涉及到工具或者工具的部分、特别是像刀片一样的切割元件，它包括一个基体，在这上面覆盖有一层或者多层覆层，其中至少一层覆层是金属碳氮化物层。对磨蚀要求高的工具、比如说刀具、冲压工具或者成形加工工具，通常都要覆层，以便在使用时克服工具磨损。在这里，也常常使用多层覆层，有一层最外面的、在工件侧的工作层和多层在其下面的层。虽然多层覆层的生成比单层费事，然而，如果所关心的是针对所期望的要求以可能的最佳方式来布置所述覆层，以相同厚度可以具有较小的脆性和较大的柔性。从当前的技术水平中已经知车刀刀片可以有多层覆层，作为最外面的、使用时在工件一侧的层具有一层氮化钛层或者氧化铝层，它们直接或者间接沉积在如碳氮化钛层的金属碳氮化物层上。比如说，氧化铝层在化学上是惰性和耐热的，从而保护位于下面的层。支撑的碳氮化钛层的特点是硬度大，应该有助于覆层或者工具的耐磨性。在由碳氮化钛组成的接合层和硬质合金(碳化钨)制成的刀片基体之间可以设置其他层、特别是可以很好地附着在基体上并且能够稳固结合接合层的层。在采用多层覆层时要注意，仅仅各个层的硬度大对长的使用寿命或者耐用度还不够。如果最硬一层与基体或者位于下面的一层脱开的话，特别是那些不仅要经受高机械负荷而且还要经受高温和/或温度变化的刀片会出现这种情况，那么，这最硬一层本身就不能再用了。在这个关系中，对由金属碳氮化物(MeCxNy)构成的连接或者中间层提出了特别高的要求，因为其功能正好在于，要赋予这个覆层耐磨性并长时间承载要保护的工作层。特别是由碳氮化钛构成的层是尤其经常在多层覆层或者覆层系统中使用的接合层。原因在于，在所熟知的碳氮化钛层中，碳会全部被氮置换(或者反过来氮被碳置换)，因此，这些层的特性可通过成分调节来改变。最后，这些层具有介于碳化钛和氮化钛之间的特性或者可以调节的特性如多年实践的那样，可以采用CVD(chemicalv叩ourdeposition化学气相沉积)方法生成碳氮化钛层，在这里，用含有作为气体载体的甲烷、氮、四氯化钛和氢的混合气体在950至1100'C的基底温度下进行沉积。这样得到的碳氮化钛层是由球状晶粒构成并形成了一个密实的层。与以所说明的方式将这样的所谓高温-碳氮化钛沉积在硬质合金基底上相联系的是，虽然在硬质合金和碳氮化钛层之间置有连接层，例如0.5nm厚的氮化钛层，但是常常观察到不希望出现的基底脱碳。为了制止这种脱碳，在最近人们转为使用含有四氯化钛和乙腈(氰代甲垸)的气体来沉积碳氮化钛，由此沉积温度可降到750至90(TC的较低温度。这样产生的碳氮化钛已知为中温-碳氮化钛，并且具有由杆状晶体构成的柱形结构，其厚度超过750埃或者75纳米。尤其是所熟知的高温或者中温碳氮化钛层如所提到的那样被用作连接层，在其上面沉积其他层。然而，已经显示，氮化钛层或者其他种类的工作层在传统的碳氮化钛层上的附着强度也像其他金属碳氮化物层一样不够，这样会使工具的使用寿命因本来耐磨的工作层脱落而受到限制。除此之外，所熟知的碳氮化钛层和金属碳氮化物层一般来说也用作最外面的、配置在工件侧的层、也就是说用作工作层。在这里，它们当然在实践中只是很有限地使用。在这样的层中，在作为工作层使用时估计会出现粘连(aufklebimgen)，因此尽管硬度大但使用寿命还是比较短。本发明从这里开始并提出这个任务，说明开头提到的一种施加金属碳氮化物层的方法，一方面具有高附着强度的其他层可以沉积在所述金属碳氮化物层上，另一方面所述金属碳氮化物层具有高的耐磨性，使被覆层的工具或者工具的部分在必要的情况下立即可以使用。本发明另外的目的是说明在物体上覆盖开头提到的那种覆层，它至少具有金属碳氮化物层、比如说碳氮化钛层，一方面在所述金属碳氮化物层可以沉积其他具有高附着强度的层，另一方面所述金属碳氮化物层也是高度耐磨的，使被覆层的工具或者工具的部分在必要的情况下立即可以使用。除此之外，本发明的目的是创造开头提到的那种工具或者工具的部分，其中金属碳氮化物层是高度耐磨的，并且，如果必要，为沉积在其上面的层提供高附着强度。本发明有关方法方面的目的可以通过根据权利要求1所述的方法来解决。根据本发明方法的有利的变体是权利要求2至7的主题。用本发明取得的优点特别在于，产生具有显微结构的金属碳氮化物层、比如说碳氮化钛层，它极好地适用于以可靠的附着性沉积其他的层。从晶体化学观察，晶体分别在横断面上具有非均匀的元素分布。随后覆盖的例如氮化钛、氧化铝或者金刚石层可以更好地附着在这种层上，即使在最硬的使用条件下也不脱落或者只以大大减小的强烈程度出现。出乎意料地，还注意到根据本发明沉积的层与传统的金属碳氮化物层相比也表明具有特别好的耐磨特性，因此优点是也可以用来作为工作层。即使人们设想，在特定情况下根据本发明沉积的金属碳氮化物层在化学组成相同时具有比采用传统途径制作的晶粒结构的碳氮化钛层小的硬度(或者显微硬度)，这个观察还是更令人感到惊奇的。如果处在逐步进行的沉积下的基体的温度被提高，这对实施根据本发明的方法是有利的。通过此使金属碳氮化物层不中断生长，这在尽可能使覆层结构无缺陷方面是有利的。为了避免在初始的氮化金属晶核结构形成后开始形成氮化金属层，基体温度在沉积开始之后350分钟之内、特别是在120分钟之内达到提高的温度是合理的。如果在达到提高的温度后沉积继续进行至少60分钟，以使最小层厚为至少0.5nm，对沉积的金属碳氮化物层的高强度来说是有利的。优选的提高的温度为1010至1040'C。在这个温度范围内，各个晶体快速生长并且缺陷很少，这样就造成高强度层的快速生长。如果借助于含有甲烷、氮和四氯化钛的气体来形成和沉积碳氮化钛层的话，可以得到在工具或者工具的部分的使用特性方面特别出色的覆层。如果气体含有摩尔比为l:(8至11):(15至25)的甲垸、氮和氢并且气体含有体积百分数为1至8%的四氯化钛，则证明是很好的。由此可以大大减少或者避免所不希望的粒状碳氮化钛成分，进一步提高根据本发明取得的优点。在这种情况下，该层的组成TiCxNy的x等于0.15至0.25，y等于0.85至0.75。反应气体的压力本身不是临界的，可以在很宽的界限内变化。优选的是，金属碳氮化物层在100至800毫巴、尤其是200至400毫巴压力下来沉积。如果金属碳氮化物层具有由非均匀元素分布的晶体构成的纳米-复合结构，本发明的另一个目的就能得到解决，其中本发明的覆盖在物体上的层具有至少一层是由包括钛、锆、铪、钒、铌、钜和/或者铬的一种或多种金属的金属碳氮化物层、比如说碳氮化钛层构成的层，它是高度耐磨的，并且，如果必要，可以以高的附着强度沉积在其他层上。用本发明取得的优点特别在于，具有纳米-复合结构的金属碳氮化物层、比如说这种碳氮化钛层，具有显微结构，它极好地以可靠的附着性适用于其他层的沉积。本领域技术人员将具有纳米范围内尺寸的多相结构形式理解为纳米-复合结构。检验惊奇地表明，在接近基底表面的区域基本上没有脱碳，从这里也没有粘接相扩散入金属碳氮化物层。具有许多在纳米-尺寸范围内的单个晶体的复合结构还导致实质上增大的晶界面，由此提高覆盖层的韧性。因为在覆层时在纳米-尺寸范围内的金属碳氮化物晶体是生长的，所以表面有裂纹，并且在其他层沉积时在结构上似乎提供了许多小的、独特的尖或者小杆，它们对多重锚定来说是有利的。因此，随后覆盖的例如氮化钛、氧化铝或者金刚石层可以更好地附着，即使在最硬的使用条件下也不脱落或者只以大大减小的强烈程度出现。出乎意料地，还注意到根据本发明沉积的层与传统的金属碳氮化物层相比也表明具有特别好的耐磨特性，因此优点是也可以用来做工作层。即使人们设想，在特定情况下根据本发明沉积的金属碳氮化物层在化学组成相同时具有比采用传统途径制作的晶粒结构的碳氮化钛层小的硬度(或者显微硬度)，这个观察还是令人感到惊奇的。如果根据晶体优选的结构形式在其化学组成方面在中心和边缘区域的碳和氮的含量是不同的，可以生成具有特别好的耐磨特性的层。如果至少两种具有不同几何形状的晶体构成所述层的话，金属碳氮化物层的韧性和附着强度可以进一步提高。如果所述层由至少一种星状针形结构和至少一种片状结构构成的话，不仅金属碳氮化物层本身的强度和韧性可以提高，而且与生长的层、例如氮化钛或者氧化铝层的接合也可以提高。在一个实施方案中，金属碳氮化物层可以掺杂硼、硅、锆、铪、钒或者稀土元素，从而比如说可以提高覆层的热硬度。在这个关系中，掺杂理解为单个含量可以达整个覆层的重量的0.01重量百分比。如果杆状晶体的算术平均厚度少于65纳米、尤其是小于45纳米，则是特别有利的。晶体越细，在根据本发明的金属碳氮化物层上沉积时用于支撑和锚定的效果就越好，附加的沉积层的附着性就越好。根据本发明的一个优选实施例，晶体大小的中间值向外、也就是说在工具侧被提高。这样，一方面，金属碳氮化物层在下面一层上、比如说在工具的硬质合金-刀片(刀头)上达到了高的锚定质量，另一方面的优点是，即使没有其他层，这部分也可达到长的工作寿命。根据本发明，具有包括钛、锆、铪、钒、铌、钽和/或者铬的一种或者多种金属的金属碳氮化物层(例如碳氮化钛层)，所述金属碳氮化物层是高度耐磨的，并且如果必要可以以高附着强度沉积在其他层上，其具有成分MeQcNy，其中x等于0.1至小于0.3，y等于0.9至大于0.7。特别地，氮化钛与碳化钛相比具有小得多的硬度，令本领域技术人员惊奇的是，根据本发明的具有平均小于0.3的碳成分的碳氮化钛构成了高耐磨层，被覆层的工具可直接在实践中(例如切削金属材料中)使用，使用寿命高。特别地，对碳氮化钛层来说出乎意料的是，根据本发明的覆层显微硬度只有大约2000Hv，大大小于传统的碳氮化钛层显微硬度，传统的碳氮化钛显微硬度(随着碳含量的提高)可能为2300至3400Hv。在这个关系中令人惊奇的还有，尽管所述覆层中的碳含量比较明显，但粘连却急剧下降，这有利于耐磨特性.在这里，如果值x=0.15至0.20并且y=0.85至0.80，则覆层的使用特性能达到最高程度。从光学上看，根据本发明的金属碳氮化物层的特征在于具有亮-暗结构的黄-红土色，特别是具有这样的纹理结构，所述纹理结构的在光学显微镜下放大500-1000倍的显微照片中是可分辨的。本发明的另一个目的是，创造开头提到的那种具有这样的被施加的覆层的工具或者工具的部分，其中金属碳氮化物层是高度锚定的并且是高度耐磨的，并且为在这上面可能沉积的层提供高的附着强度，其中所属金属碳氮化物层是根据权利要求8至17的覆层来施加的。优点是，碳氮化物层是向外、也就是说在工件侧呈星状针形，并且支撑如氧化物覆层的表层，所述表层优选为氧化铝层(A1203)或者碳层，特别是金刚石层。根据本发明的工具或者工具的部分的优点特别在于，设置的金属碳氮化物层一方面比传统的金属碳氮化物层耐磨，另一方面在金属碳氮化物层上沉积其他层时可以牢固地附着接合或者锚定，这同样对工具或者工具的部分的使用寿命是有利的。虽然在根据本发明的工具中可以在金属碳氮化物层上覆盖不同的层、比如说作为工作层的层，但是，如果覆盖了钛铝氮化物层的话，就能观察到特别牢固的附着。由氧化铝Al203或者金刚石构成的层也都能以特别好的附着强度覆盖在根据本发明的金属碳氮化物层、特别是碳氮化钛层上。结合说明书的上下文以及下面借以进一步说明本发明的实施例中可以得知根据本发明的工具的其他优点和有益效果。图中示出图1为根据本发明的Ti(CN)层表面的REM(扫描电子显微镜)-照片；图2为TEM(透射电子显微镜)-检验的图像；图3为覆层的过渡显微照片(试样以15。的角度切割研磨)；图4为用试验求出的磨痕宽度Vb与具有不同覆层的可转位刀片的切削次数的关系示意图；图5为覆层期间的温度变化过程示意图。图1给出了根据本发明的碳氮化钛表面的REM(扫描电子显微镜)-照片。所述层是以星状针形并且嵌在厚片中的复合结构的方式在基底上生长。这些片的最大纵向延伸大约为lpm，是扁的，平均宽度大约为0.7,，相反，星状针的厚度比较小。片状和针形晶体具有非均匀元素分布并且也具有比较不同的平均组成。形成这种结构的金属碳氮化物层表面为之后施加的层的高附着强度提供了最好的条件。为了辨认这个层的结晶相，在使用CuK-射线下进行X射线衍射检验。在根据本发明的层中，XRD测量评价得到了一个在C/N二(0.14至0.19)/(0.86至0.81)范围内的C/N比例。根据舍尔方法测定的平均粒度得出的值是26和17nm。因此，所述层具有纳米-结构。从图2的透射电子显微镜照片中可以看出用符号1标明的暗色区域和用符号2标明的亮色区域。在检验这个样品时进行对比，暗色区域是富碳的，而亮色区域是富氮的。由此清楚地看到了有关晶粒组成方面的区别，这揭示了特殊的晶粒核-外壳-结构。在过渡到之后沉积工作层的过渡处，根据本发明的碳氮化钛层的自由表面呈急剧裂纹状并且呈针形(图3)。这个表面结构有利于牢固地附着以后的层，因为这会在界面范围发生覆层的紧密渗透。在这里，各个微晶在表面范围与精确的90。位置的偏差绝对是期望的，因为适当的不规则性会使所述覆层更好地相互紧密结合。图4示出了可转动刀片的磨损试验数据，这些刀片覆盖有根据表4结构的多层CVD-覆层。硬质合金基底和刀片的几何尺寸对所有可转动刀片来说是相同的。表l:用于刀片A至C的多层覆层的构成和层厚<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>中温-碳氮化钛根据本发明沉积的碳氮化钛可转动刀片在下列试验条件下在车削加工材料时进行的试验<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>如从图4中看到的那样，在相同使用条件下，可转动刀片B和C与可转动刀片A相比，在与硬质合金接合的接合层(0.5pmTiN)相同并且外层(0.5nmTiN)相同时，磨痕宽度比较小。在切削20次后，可转动刀片A的磨痕宽度为0.5pm，而可转动刀片B为0.32pm，可转动刀片C为0.14pm。在可转动刀片B和A的层厚比较中确定，尽管层厚较小但也达到了提高磨损强度。这意味着在制造技术方面是有利的，因为在采用CVD化学气相沉积方法沉积时每微米(pm)层厚估计需要大约1个小时。也就是说，现在可以用较短的时间来生成比较耐磨的覆层。其他试验表明，根据本发明的碳氮化钛层也可有利地用来做最外面的工作层。在相同层结构和相同层厚时，具有由根据本发明的碳氮化钛构成的最外层的刀片在耐用性方面比用中温-氮化钛作为工作层的刀片强1.5倍或者更多，即使显微硬度比较小。这个效果归因于根据本发明生成的碳氮化钛有特别的结构。图5借助于温度-时间曲线图以示意图示范性地示出了根据本发明的覆层方法的过程:在基体或者反应室的温度T,为大约960°C(时刻"O")时，添加含有比例为1:10:20的甲烷、氮、氢的反应气体和体积百分比为4的四氯化钛，如假设的那样，通过此可沉积杆状氮化钛晶核。紧接着，温度在与反应气体不断接触时在150分钟之内不断提高到105(TC;但是，温度从960提高到105(TC也是逐步进行，最后，覆层操作在105(TC和组分相同的反应气体下继续进行250分钟，然后结束。权利要求1.一种覆盖工具或者工具的部分、特别是覆盖像刀片一样的切割元件的方法，其中，准备一个基体并且在所述基体上覆盖一层或多层覆层，其中至少一层是由包括钛、锆、铪、钒、铌、钽和/或者铬的一种或者多种金属的金属碳氮化物构成并且是借助于含有甲烷、氮和一种或多种金属化合物的气体来沉积的，其特征在于，在基体温度为850至950℃时开始沉积所述金属碳氮化物层，这之后，基体温度至少提高40℃，并且沉积过程至少不时地在提高的温度下还继续进行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基体温度在逐渐进行的沉积下被提高。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基体温度在沉积开始之后350分钟、特别是120分钟之内达到所述提高的温度。4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在达到所述提高的温度后，沉积至少继续进行60分钟。5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述提高的温度为IOIO至1040°C。6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，借助于含有甲烷、氮和四氯化钛的气体来形成和沉积所述碳氮化钛层。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述气体含有摩尔比为l:(8至11):(15至25)的甲烷、氮和氢，并且所述气体含有体积百分比为1至8的四氯化钛。8.—种覆盖在物体上的覆层，所述覆层具有至少一层由包括钛、锆、铪、钒、铌、钽和/或铬的一种或多种金属的金属碳氮化物层，例如碳氮化钛层，其特征在于，所述金属碳氮化物层呈现纳米-复合结构，所述金属碳氮化物层由具有非均匀元素分布的晶体构成。9.根据权利要求8所述的具有金属碳氮化物层的覆层，其特征在于，就化学组成而言，所述晶体在其中心和边缘区域具有不同的碳和氮含量。10.根据权利要求8或者9所述的具有金属碳氮化物层的覆层，其特征在于，至少两种具有不同几何形状的晶体构成所述覆层。11.根据权利要求8至IO之一所述的具有金属碳氮化物层的覆层，其特征在于，所述覆层由至少一种星状针形结构和至少一种片状结构构成。12.根据权利要求8至11之一所述的具有金属碳氮化物层的覆层，其特征在于，所述覆层可以掺杂B、Si、锆、铪、钒或者稀土元素。13.根据权利要求8至12之一所述的具有金属碳氮化物层的覆层，其特征在于，所述晶体的中间粒度值小于65nm、优选为小于45nm。14.根据权利要求8至13之一所述的具有金属碳氮化物层的覆层，其特征在于，所述晶体的中间粒度值向外、也就是说在工件侧被提高。15.根据权利要求8至14之一所述的具有金属碳氮化物层的覆层，其特征在于，所述覆层具有成分MeCxNy，其中x等于0.1至小于0.3，y等于0.9至大于0.7。16.根据权利要求15所述的具有金属碳氮化物层的覆层，其特征在于，所述值x=0.15至0.20，并且"0.85至0.80。17.根据权利要求8至16之一所述的具有金属碳氮化物层的覆层，其特征在于，所述覆层颜色是具有亮-暗结构的黄-红土色，特别是具有这样的纹理结构，所述纹理结构在光学显微镜下放大500-1000倍的显微照片中是可分辨的。18.—种工具或者工具的部分、特别是像刀片一样的切割元件，包括在这上面覆盖一层或多层覆层的基体，其中至少一层是金属碳氮化物层，其特征在于，所述覆层是根据权利要求8至17之一的覆层。19.根据权利要求18所述的工具或者工具的部分，其特征在于，所述碳氮化物层是向外、也就是说在工件侧呈星状针形，并且具有如氧化物覆层的表层，所述表层优选为氧化铝层(A1203)或者碳层，特别是金刚石层。全文摘要本发明涉及到覆盖工具或者工具的部分、特别是覆盖像刀片一样的切割元件的方法，其中，准备基体并且在这上面覆盖一层或多层覆层，至少一层是由包括钛、锆、铪、钒、铌、钽和/或者铬的一种或多种金属的金属碳氮化物构成，并且是借助于含有甲烷、氮和一种或者多种金属化合物的气体来沉积的。为了得到在这上面可以沉积具有高附着强度的额外的层并且具有高耐磨性的金属碳氮化物层，根据本发明建议，在基体温度为850至950℃时开始沉积金属碳氮化物层，这之后，基体温度至少提高40℃，并且沉积过程至少不时地在提高的温度下还继续进行。此外，本发明还涉及覆盖在物体上的金属碳氮化物层，以及工具或者工具的部分、特别是像刀片一样的切割元件，用施加于基体的一层或多层来包围所述基体，其中至少一层呈现为具有纳米-复合结构的金属碳氮化物层。文档编号C23C16/36GK101243204SQ200680029834公开日2008年8月13日申请日期2006年11月16日优先权日2005年11月17日发明者J·加西亚,K·鲁兹-尤迪尔,R·皮通耐克,R·韦森巴彻申请人:倍锐特有限责任公司