涂覆挤出工具的制作方法

本申请要求2015年12月7日提交的美国临时专利申请系列号62/263,964的优先权，其全部内容经此引用并入本文。

技术领域

本说明书通常涉及挤出工具，更具体涉及在其上具有表面处理的挤出工具。

技术背景

挤出工具，如模头和/或用于挤出金属、金属合金、塑料等等的其它工具，承受在使用特定次数后或经过一段特定时间后使该挤出工具磨损的条件。当这发生时，该挤出工具必须被丢弃、更换和/或类似处理。先前对此类挤出工具的不期望的快速磨损的解决手段包括施加涂层以便用保护材料包封该挤出工具（或其一部分）。过去使用的示例性保护材料包括钢或硬质合金。

许多挤出工具设计具有一个或多个凹面，如空腔等等，其表现出相对较高的纵横比。对于此类工具，使用物理气相沉积（PVD）技术来沉积保护涂层可能是困难或不可能的，因为PVD技术的“视线”限制导致涂覆区域仅在PVD喷嘴（或其它涂施工具）的“视线”之内，并导致不能有效地完全涂覆或至少不能在所有所需区域中充分地涂覆挤出工具。因此，各种化学气相沉积（CVD）法已经用于施加涂层。但是，此类CVD法可能不能为该挤出工具提供所需的改进程度。取决于操作条件、挤出材料的类型和/或其它因素，工具使用寿命的延长可能无法实现或可能因CVD法的成本而不合理。

因此，需要涂覆挤出工具的方法，其确保期望涂覆的每个表面实际上均被涂覆，还需要可以经由CVD法以成本有效的方式涂覆在挤出工具上并相对于一种或多种现有材料提高该挤出工具的使用寿命的材料。

发明概述

提供下面的概述以便于理解本公开特有的一些创新特征而非意在作为全面描述。本公开的各个方面的全面描述可以通过阅读作为整体的整个说明书、权利要求书、附图和摘要来获得。

技术问题

提高挤出工具（如挤出模头）的使用寿命对改进挤出产品的品质以及减少昂贵的更换工具的需要而言是至关重要的。因此，本发明的一个目的是提供一种具有改进的性质的挤出工具，如下列目的的一个或多个所述。

因此，一个目的是提供一种挤出工具，其能够获得优异的工具寿命、提高的性能和/或更低的成本。该挤出工具应优选表现出改进的硬度、摩擦系数、表面形态和/或粗糙度，并由此在挤出应用方面具有增强的性能特性。甚至更优选地，本发明的一个目的是提供控制涂层性质的可能性以便能够制造具有受控和可调性能的挤出工具。

本发明的另一目的是提供光滑但耐磨的表面和/或涂覆挤出工具，其具有长使用寿命和高几何精度。

本发明的再一方面是提供形成具有上述优点的挤出工具的方法。此外，另一目的是提供涂覆挤出工具的方法，该方法确保实际涂覆每个需要涂覆的表面，以及可以经由CVD以成本有效的方式涂覆在该挤出工具上并相对于一种或多种现有材料提高该挤出工具的使用寿命的材料。

问题的解决方案

这些目的通过提供的工具来解决，其中该挤出工具包括导向通道，其意在引导或以其它方式成形或传导待挤出材料，该导向通道具有一定长度并由表面限定，由此该表面包括沉积在其上的涂层，优选CVD涂层，该涂层提供改进的工具性能。所提供的涂层包含至少一个层，其包含Me1-xAlxN和/或Me1-xAlxCN，其中Me是金属，x是铝相对于Me与铝的总量的原子比，该涂层具有一定厚度，x的值随该厚度而改变，由此在涂层外表面处的x值不同于中间厚度处的x值。本文中所用的术语“中间厚度”是指在涂层外表面与涂层相对表面之间沿该涂层厚度的任意点，所述相对表面是面对涂层在其上沉积的表面的表面。通过在其整个厚度的涂层中改变x值，实现了提高的工具性能。

在一些方面，该涂层包括中间厚度处的x值，其低于涂层外表面处的x值。任选地，中间厚度处的x为0.78至0.88或其间的任何值或范围。外表面处的x值高于中间厚度处的x值。任选地，涂层厚度的外表面处的x为0.85至0.92。在一些方面，涂层包含Me1-xAlxN作为涂层材料。在一些方面，涂层包含Me1-xAlxCN作为涂层材料。在一些方面，涂层包含Me1-xAlxN与Me1-xAlxCN作为涂层材料。x的操作值适用于单独或结合的Me1-xAlxN与Me1-xAlxCN。涂层组合物中的金属任选为钛、铬、锆、铪、钒或其任意组合。在一些方面，金属是钛。任选地，涂层除铝之外还包含钛和铬。

所提供的涂层具有显微硬度。通过维氏法测得的显微硬度任选随该涂层的厚度或一部分厚度而改变。在一些方面，涂层外表面具有比中间厚度低的显微硬度。发现提供较柔软的外表面产生了保形层，其改进了工具性能和所得挤出产品的品质。任选地，相对较柔软的外涂层表面由中间厚度的较硬的涂层材料支承并任选磨损至中间厚度的较硬的涂层材料。任选地，涂层外表面具有2300 HV0.025至2900 HV0.025的显微硬度。中间厚度（任选与外表面厚度相邻）任选具有3000 HV0.025至3600 HV0.025的显微硬度。

一些方面包括涂层，其中该涂层的晶形随整个涂层厚度而改变。任选地，在该厚度中存在超过一种晶形，其中一种晶形的相对量随该厚度而改变。任选地，厚度的特征在于立方晶形、六角纤锌矿晶形或立方与六角纤锌矿晶形。任选地，中间厚度是或包括立方晶形。任选地，外表面是或包括六角纤锌矿晶形。任选地，六角纤锌矿晶形相对于立方晶形的相对量在涂层外表面处大于在中间厚度处。

如上所述，另一目的是提供在挤出工具上，任选在具有一种或多种上文或本文中其它地方描述的特征的本文中所提供的挤出工具上形成涂层的方法。方法基于化学气相沉积（CVD）法。发现CVD可以在不均匀的表面上，任选挤出工具的导向通道，任选挤出工具的整个表面或基本整个表面上提供涂层，从而获得优异的工具性能。该方法包括提供具有一个或多个各自由表面限定的导向通道的挤出工具。该表面任选与其它导向通道相连或基本与之分隔。沉积在导向通道的表面上形成了涂层。任选通过所提供的方法实现了具有本文中所述特征的涂层。任选地，沉积步骤包括沉积多种前体材料。要理解的是，CVD涂层的前体材料并非原样沉积，而是通常经受化学反应以形成实际沉积的材料。任选地，所述多种材料选自氢、氮、碳、卤化铝化合物、金属卤化物化合物、氨和烃。此类沉积可以产生包含一个或多个Me1-xAlxN和/或Me1-xAlxCN层的涂层，其中Me是金属，x是铝相对于Me与铝的总量的原子比；该涂层将具有一定厚度，x的值随该厚度而改变，由此在涂层外表面处的x值不同于中间厚度处的x值。在一些方面，沉积多种前体材料包括同时沉积多种前体材料的每一种。任选地，在温度为650℃至1050℃的环境中进行多种前体材料的沉积。任选地，在压力为1 mbar至60 mbar的环境中进行前体材料的沉积。沉积步骤可以进行所需时间以调节所得涂层的所需厚度。任选地，所述多种前体材料沉积至少20分钟。在一些方面，沉积多种前体材料包括以0.1升/分钟（l/min）至250 l/min的流量沉积多种前体材料的至少一种。任选地，沉积多种前体材料包括以50克/小时（g/h）至100 g/h的流量沉积多种前体材料的至少一种。

本文中描述的方面的附加特征与优点将在下面的详述中阐述，并且部分对本领域技术人员由该描述显而易见，或通过实施本文中所述方面来认识到，包括下面的详细描述、权利要求书以及附图。

要理解的是前面的一般描述和下面的详细描述描述了各个方面并意在提供理解所要求保护的主题的性质和特征的概览或框架。包括附图以提供对各个方面的进一步理解，并且并入该说明书中构成该说明书的一部分。附图显示了本文中描述的各个方面，并与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

具体而言，作为对上述目的的特定解决方案，本发明提供了在所附权利要求书中限定的挤出工具和方法。

本发明的有利效果

现在应当理解，本文中描述的挤出工具涂覆有一个或多个金属铝氮化物和/或金属铝碳氮化物涂层。在该挤出工具上的此类涂层获得了涂覆挤出工具，其相对于其它挤出工具表现出提高的性能和更长的使用寿命。该涂覆挤出工具相对于其它挤出工具进一步表现出更低的粗糙度性质和/或更高的几何精度。

本发明的方法提供了制造具有降低的涂层粗糙度、提高的使用寿命、更高的几何精度和/或减少的制造步骤数量与所需成本的涂覆挤出工具的可能性。此外，本发明人发现，修改涂层的组成，更具体为其中的铝含量，能够将基础晶体结构由六角形变为立方形，由此影响涂层的性质如硬度、摩擦系数、表面形态和粗糙度，所述性质决定了所述挤出工具的性能特性。控制涂层性质的能力使得能够制造具有受控和可调性能的所述挤出工具。

附图概述

附图中阐述的方面本质上是说明性和示例性的，并非意在限制由权利要求书所限定的主题。附图不一定是按比例绘制的。当结合下列附图阅读时可以理解说明性方面的下列详述，在附图中，类似结构用类似的附图标记来表示，并且其中：

图1A示意性描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的具有涂层的说明性挤出工具的纵向截面图；

图1B示意性描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的在挤出工具表面上制造的说明性层的横截面图；

图1C示意性描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的在挤出工具表面上制造的多个说明性层的横截面图；

图2A描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的说明性立方晶体结构；

图2B描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的说明性六角纤锌矿晶体结构；

图3图示了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的说明性立方氮化钛铝（TiAlN）X射线衍射（XRD）光谱；

图4图示了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的说明性混合（立方和六角）TiAlN XRD光谱；

图5A描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的立方TiAlN的扫描电子显微图像的详细视图；

图5B描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的混合（立方和六角）TiAlN的扫描电子显微图像的详细视图；

图6 图示了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的立方TiAlN的说明性能量-色散X射线（EDX）光谱；

图7描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的氮化钛（TiN）/立方TiAlN体系的横截面图像的详细视图；

图8 图示了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的说明性氮化铬铝（CrAlN）XRD光谱；

图9描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的TiN/CrAlN体系的横截面图像的详细视图；和

图10描绘了根据本文中显示和描述的一个或多个方面的形成涂覆体的说明性方法的流程图。

发明详述

下面对特定方面的描述本质上仅仅是示例性的，并且不以任何方式意在限制本发明的范围、其应用或用途（其当然可以变化）。用本文中包括的非限制性定义和术语描述本发明。这些定义和术语并非设计为限制本发明的范围或实施，而是仅用于说明性和描述性目的。虽然该方法或组合物被描述为一定顺序的单个步骤或使用特定材料，应当理解的是，步骤或材料可以互换，以使本发明的描述可以包括以多种方式排列的多个部分或步骤，如本领域技术人员易于领会的那样。

要理解的是，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等等在本文中可用于描述各种要素、组分、区域、层和/或部分，这些要素、组分、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个要素、组分、区域、层或部分与另一要素、组分、区域、层或部分。由此，下文中讨论的“第一要素”、“组分”、“区域”、“层”或“部分”可以被称为第二（或其它）要素、组分、区域、层或部分而不偏离本文中的教导。

本文中所用的术语仅用于描述特定方面的目的，而非意在为限制性的。本文中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”意在包括复数形式，包括“至少一个/种”，除非该内容明确地另行说明。“或”是指“和/或”。本文中所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列举项目的任何与所有组合。要进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包含（comprises）”和/或“包含（comprising）”或“包括（includes）”和/或“包括（including）”指定了所述特征、区域、整数、步骤、操作、要素和/或组分的存在，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、要素、组分和/或其组合。术语“或其组合”是指包括至少一种前述要素的组合。

除非另行限定，本文中所用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。要进一步理解的是，除非在本文中明确限定，诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于形式的意义。

本公开通常涉及挤出工具的表面处理和生产，所述挤出工具主要用于挤出金属、金属合金、陶瓷、塑料和/或类似材料。更具体地，本公开涉及优选经由化学气相沉积（CVD）涂覆有具有式Me1-xAlxN的金属铝氮化物和/或具有式Me1-xAlxCN的金属铝碳氮化物的挤出工具，其中Me是金属，x是铝相对于Me与铝的总量的原子比。该涂层（一个或多个）的组成可以调节，以便在不同厚度处向该涂层提供独特和定制的特性。已经发现，通过向该涂层提供相对较柔软的外表面，可以实现改进的挤出工具性能。因此，涂层具有随涂层厚度而变化的定制特性，其中此类特性可以是组成、晶体结构、硬度、粗糙度或其组合。该涂层优选基本上由具有式Me1-xAlxN的所述金属铝氮化物和/或具有式Me1-xAlxCN的金属铝碳氮化物组成或甚至更优选由具有式Me1-xAlxN的所述金属铝氮化物和/或具有式Me1-xAlxCN的金属铝碳氮化物组成。任选地，该涂层材料由金属和铝构成，氮和/或碳原子可以嵌在金属铝晶格中，以便提供结构上独特的涂层材料，其不同于铝掺杂的金属基涂层。将在本文中的各个方面描述金属铝氮化物和/或金属铝碳氮化物的特定涂层。这些涂层可以部分或全部用作与外部涂层表面层相邻、任选直接相邻的下层，其在至少一种涂层特性上可以区分。由于采用本文中描述的材料涂覆挤出工具或其它所需主体，该挤出工具相对于未涂覆的、涂覆有其它材料或涂覆有类似材料但以不同结构存在的挤出工具可以表现出提高的性能和更长的使用寿命。例如，涂有本文中描述的材料的挤出工具相对于未涂覆或涂覆有其它材料的挤出工具可以表现出较低的粗糙度性质。在另一实例中，涂有本文中描述的材料的挤出工具相对于未涂覆或涂覆有其它材料的挤出工具可以表现出更柔软、更不耐磨的表面以及坚硬的、耐磨涂层的下层。结果，涂有本文中描述的材料的挤出工具通常可以具有长使用寿命并表现出高几何精度。

在一方面，本发明涉及所述CVD涂覆挤出工具，其中所述CVD技术用于制造新型涂层，由Me/Al比可变的具有式Me1-xAlxN或Me1-xAlxCN的金属铝氮化物和/或金属铝碳氮化物组成。所述涂层中的Me可以是Ti、Cr、Zr、V等等，优选Ti和Cr，最优选Ti。所述涂层中的碳含量可以为涂层中原子总量的0至8%不等。所述涂层可以作为单层沉积，或作为层的组合沉积，由此形成多层结构。所述涂层的厚度可以为1至49 µm，优选1至20 µm，最优选1至10 µm。所述涂层材料在Me-Al固溶体（优选Ti-Al）的基础上形成，氮和任选的碳原子嵌在元素Me-Al晶格中，由此使其不同于铝掺杂的金属基涂层。所述CVD涂覆技术能够改变 Me和Al的涂层含量，优选x = 0.6至0.9。所得组成变化使得基础晶体结构能够从六角形变为立方形，由此影响涂层的性质如硬度、摩擦系数、表面形态和粗糙度，所述性质决定了所述挤出工具的性能特性。控制涂层性质的能力使得能够生产具有受控和可调性能的所述挤出工具。特别地，本发明的这一方面提供了以下实施方案：

<1>具有沉积在其上的式Me1-xAlxCN的硬质涂层的挤出工具，其中Me是金属，x为0.6至0.9；

<2>实施方案<1>的挤出工具，其中碳含量为0至8%；

<3>实施方案<1>的挤出工具，其中Me选自：Ti、Cr、Zr、V及其组合；

<4>实施方案<1>的挤出工具，其中所述硬质涂层具有1至49 µm的厚度；

<5>前述实施方案任一项的挤出工具，其中所述硬质涂层包含单个层；

<6>前述实施方案任一项的挤出工具，其中所述硬质涂层包含多个层；

<7>前述实施方案任一项的挤出工具，其中所述硬质涂层具有均匀组成；

<8>实施方案<1>-<5>任一项的挤出工具，其中所述硬质涂层的组成随其厚度而改变；

<9>前述实施方案任一项的挤出工具，进一步包括布置在所述硬质涂层顶部的材料的第二主体；

<10>实施方案<8>的挤出工具，其中所述材料的第二主体的硬度小于所述硬质涂层的硬度；

<11>制造实施方案<1>-<8>任一项的挤出工具的方法，包括通过薄膜沉积法在所述挤出工具上沉积所述硬质涂层；

<12>实施方案11的方法，其中所述薄膜沉积法是化学气相沉积（CVD）。

现在参照附图，图1描绘了根据一些方面的说明性挤出工具（通常标记为100）的纵向截面图。该挤出工具100不受本公开的限制，并可以是通常被认为用于经由挤出来成型各种材料的目的的任何装置或其组件。在一个非限制性实例中，该挤出工具100可以是模头、模头组件、模头的特定表面和/或类似物。尽管描绘了两部件挤出模头，本公开同样适用于单部件挤出模头其它多部件挤出模头。

挤出工具100可以包括例如由一个或多个表面限定的导向通道，其构成挤出工具的内部部分。导向通道具有任选在两个基本相对侧面之间的长度，由此该导向通道的构造产生能够引导挤出材料以导向通道的形状挤出的工具。在图1A中显示的示例性方面中，提供了形成心轴115的心轴部分105。该挤出工具100还可以包括例如与心轴部分105配合的模座110。该心轴部分105可以在心轴115的圆周附近形成多个入口，其包括在心轴115与模座110的圆柱形壁120之间在心轴部分105上的一个或多个导向通道125。此外，可以由心轴部分105和/或模座110构成获得总导向通道的多个内部挤出表面，如模座110的内壁130和/或心轴部分105的内壁135（其也可以是心轴115的内壁）。因此，可以通过该导向通道 125引导延展性材料（例如熔融材料、液体材料、半液体材料等等）。优选地，由导向通道限定的表面是在挤出工具内部部分中的空腔，其中任选至少一部分凹面在“视线”之外，和/或该表面由大于或等于2的纵横比限定，其中纵横比对应于空腔的深度与其最小横截面尺寸之间的比率。

如本文中将更详细地描述的那样，该挤出工具100可以在其一个或多个表面上具有涂层。在一些方面，该挤出工具100可以在所有表面上具有涂层，而不考虑特定的一个表面是否接触待挤出的延展性材料。在一些方面，该挤出工具100可以仅在与待挤出的延展性材料接触的表面上具有涂层，例如限定导向通道125的表面（例如心轴115和/或模座110的圆柱形壁120）、一个或多个内表面（例如模座110的内壁130和/或心轴部分105的内壁135）和/或类似物。

在各种方面，该心轴部分105和/或该模座110可以由具有相应的长期耐热性和硬度保持的高温钢制成，如热作钢或一般了解的其它类型的钢。例如，可以使用具有铬（Cr）、钼（Mo）和/或钒（V）合金或类似物的钢组合物。具体实例可以包括钢材型号2344、2367和/或类似物。但是，应当理解，此类组合物仅仅是说明性的，心轴部分105和/或模座110可以由其它材料（包括其它钢组合物或非钢材料）制成而不偏离本申请的范围。

图1B和1C描绘了根据各个方面可以在挤出工具100的一个或多个表面上提供的说明性涂层。例如，如图1B中所示，挤出工具100可以具有表面106，任选部分或全部由导向通道的表面形成，其涂有涂层107。在另一实例中，如图1C中所示，挤出工具100的表面106可以涂有第一涂层108和第二涂层109。应当理解的是，在挤出工具100的表面106上提供的涂层的数量不受本公开的限制，并且特定表面可以不具有涂层或具有超过两个涂层。此外，虽然图1C将第一涂层108描绘为接触表面106且第二涂层109接触第一涂层108（但不接触表面106），但本公开不限于此。例如，该第一涂层108和该第二涂层109可以混合在一起形成单个层，其设置在表面106上。在另一实例中，该第一涂层108和该第二涂层109可以分散在表面106上，使得表面106的一些部分接触第一涂层108且表面106的其它部分接触第二涂层109。

参照图1C，当向挤出工具提供本发明的所述涂层时，所述挤出工具100的表面106可以用更柔软、更不耐磨的顶层（第二涂层109）结合坚硬的、耐磨的第一涂层108的下层来制造。例如，此类顶层可以是上述涂层（Me1-xAlxCN）的六角相或类似于BN、MoS2、WS2或其它类似的自润滑涂层的涂层。优选地，此类顶层包含选自以下的组分：具有上述式Me1-xAlxN和/或Me1-xAlxCN的组分，其为六角纤锌矿金属铝氮化物和/或碳氮化物；BN；MoS2；WS2；自润滑涂层；及其任意组合。此类顶层优选基本上由选自所述组的组分组成，甚至更优选由选自所述组的组分组成。

该方法获得了挤出工具，其中上层快速和可控地磨损以产生保形表面，提供低摩擦系数，该涂层的硬质和软质组分均基于上述金属碳氮化物。所得光滑耐磨的涂覆挤出工具获得了具有长使用寿命和高几何精度的挤出工具。上面的实例并非意在将本发明的适用性限于所述加工，而是说明该挤出工具可以实现的可能益处之一。

还应当理解的是，在一些方面，在整个工具表面、基本整个工具表面或工具表面的所需部分（例如导向通道）上涂覆挤出工具。例如，任选在大于90%或更大的工具表面上，任选99%或更大的工具表面上涂覆挤出工具。在一些方面，整个导向通道接触涂层。

现在参照图1B，该涂层107可以具有厚度T。该厚度T通常是指从涂层107接触表面106的部分延伸至涂层107的最外部分的涂层107的尺寸方面。如本文中所用，厚度借助试样上的球形弧坑来测定（Calotest），由此涂层厚度可以基于所得弧坑图像测量结果来计算。在一些方面，该厚度T可以是获得具有特定硬度和耐磨性质的涂覆挤出工具100的特定厚度，如本文中更详细描述的那样。该厚度T通常不受本公开的限制，并可以是任何厚度，特别是被认为提供了本文中所述的涂层107的各种性质的厚度。在一些方面，该厚度T可以为大约1微米（μm）至大约100 μm，包括大约1 μm、大约5 μm、大约10 μm、大约20 μm、大约30 μm、大约40 μm、大约50 μm、大约60 μm、大约70 μm、大约80 μm、大约90 μm、大约100 μm或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在一个特定方面，该厚度T可以为大约1 μm至大约49 μm。在另一特定方面，该厚度T可以为大约1 μm至大约20 μm。在另一特定方面，该厚度T可以为大约1 μm至大约10 μm。优选地，该厚度T可以为2 μm至100 μm；更优选2 μm至49 μm、2 μm至40 µm或12至49 µm；甚至更优选1 μm至4.5 μm或7.5至10.5 μm，且最优选2 μm至4.5 µm或7.5至9.5 μm。

涂层任选在整个工具表面、基本整个工具表面或工具表面的所需区域（如导向通道的表面）上具有均匀的厚度或基本均匀的厚度。任选地，厚度在工具表面或其导向通道部分上变化50%或更少。任选该厚度变化40%或更少、30%或更少、20%或更少、10%或更少、5%或更少、或是1%或更少。因此，在一些方面，该涂层的厚度在工具外表面和/或工具内表面上基本均匀。

现在参照图1C，第一涂层108和第二涂层109可以具有组合厚度T′。该厚度T′通常是指从第一涂层108接触表面106的部分延伸至第二涂层109的最外部分的第一涂层108与第二涂层109的组合的尺寸方面。在一些方面，该组合厚度T′可以是获得具有特定硬度和耐磨性质的涂覆挤出工具100的特定厚度，如本文中更详细描述的那样。该组合厚度T′通常不受本公开的限制，并可以是任何厚度，特别是被认为提供了本文中所述的第一涂层108和第二涂层109的各种性质的厚度。在一些方面，该组合厚度T′可以大于参照图1B所述的涂层107的厚度T。在其它方面，该组合厚度T′可以基本等同于参照图1B描述的涂层107的厚度T。因此，第一涂层108与第二涂层109各自可以分别不如参照图1B描述的涂层107那么厚。在一些方面，组合厚度T′可以为大约1 μm至大约100 μm，包括大约1 μm、大约5 μm、大约10 μm、大约20 μm、大约30 μm、大约40 μm、大约50 μm、大约60 μm、大约70 μm、大约80 μm、大约90 μm、大约100 μm或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。应当理解的是，在其中该表面106包括超过两个层的方面中，超过两个层的组合厚度也可以为大约1 μm至大约200 μm，包括大约2 μm、大约5 μm、大约10 μm、大约20 μm、大约30 μm、大约40 μm、大约50 μm、大约60 μm、大约70 μm、大约80 μm、大约90 μm、大约100 μm或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。

再次参照图1B和1C，该涂层107（或该第一涂层108与该第二涂层109）可以表现出硬度。在一些方面，该涂层107（或该第一涂层108与该第二涂层109）的硬度可以是获得具有本文中所述的特定性质的涂覆挤出工具100的特定硬度。优选地，涂层109的材料的硬度低于涂层108的材料的硬度。本文中所用的硬度定义为维氏显微硬度HV 0.025。在一些方面，该涂层107（或该第一涂层108与该第二涂层109）可以具有大约1900 HV0.025（根据EN ISO 6507-1:2006通过维氏法使用HV0.025参考试块测得）至大约3900 HV0.025的显微硬度，包括大约1900 HV0.025、大约2000 HV0.025、大约2100 HV0.025、大约2200 HV0.025、大约2300 HV0.025、大约2400 HV0.025、大约2500 HV0.025、大约2600 HV0.025、大约2700 HV0.025、大约2800 HV0.025、大约2900 HV0.025、大约3000 HV0.025、大约3100 HV0.025、大约3200 HV0.025、大约3300 HV0.025、大约3400 HV0.025、大约3500 HV0.025、大约3600 HV0.025、大约3700 HV0.025、大约3800 HV0.025、大约3900 HV0.025或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在一个特定方面，该涂层107（或该第一涂层108与该第二涂层109）可以具有大约2600 ± 300 HV0.025至大约3300 ± 300 HV0.025的显微硬度。任选地，靠近工具表面，任选与工具表面直接相邻或在中间涂层顶部上的涂层具有大约3300 ± 300 HV0.025的显微硬度。任选地，在涂层外表面上的涂层具有大约2600 ± 300 HV0.025的显微硬度。任选地，靠近工具表面，任选与工具表面直接相邻或在中间涂层顶部上的涂层具有大约3300 ± 300 HV0.025的显微硬度，并且在涂层外表面上的涂层具有大约2600 ± 300 HV0.025的显微硬度。

该涂层107（或该第一涂层108与该第二涂层109）可以表现出特定的粗糙度。该涂层107（或该第一涂层108与该第二涂层109）的粗糙度可以被理解为是该涂层107（或该第一涂层108与该第二涂层109）中的不规则性，其从涂层107的外缘（或第二涂层109的外缘）垂直测得。本文中所用的粗糙度定义为在5.6毫米的长度上测得的平均表面粗糙度，也称为Ra，并根据ISO 4287:2010来测定。在一些方面，该涂层107（或该第一涂层108与该第二涂层109）的粗糙度可以为大约0.02 μm至大约0.8 μm，包括大约0.02 μm、大约0.03 μm、大约0.04 μm、大约0.05 μm、大约0.06 μm、大约0.07 μm、大约0.08 μm、大约0.09 μm、大约0.1 μm、大约0.2 μm、大约0.3 μm、大约0.4 μm、大约0.5 μm、大约0.6 μm、大约0.7 μm、大约0.8 μm或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。

涂层107、108、109中的任一个可以包含具有式Me1-xAlxCN的金属铝碳氮化物组合物和/或具有式Me1-xAlxN的金属铝氮化物组合物，其中Me表示金属，Al表示铝，C表示碳，N表示氮。变量x为零（0）至一（1），并代表铝相对于Me加铝含量的总和的原子比，由此铝原子百分比可以为大约0.60至大约0.92，包括大约0.60、大约0.65、大约0.70、大约0.75、大约0.76、大约0.77、大约0.78、大约0.79、大约0.80、大约0.81、大约0.82、大约0.83、大约0.84、大约0.85、大约0.86、大约0.87、大约0.88、大约0.89、大约0.90、大约0.91、大约0.92或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。任选地，x为大约0.78至大约0.88。任选地，x为大约0.85至0.92。任选地，在中间厚度或涂层处，在涂层表面厚度或层下方，x为大约0.78至大约0.88。任选地，涂层表面具有0.85至0.92的x值。任选地，在中间厚度或涂层处，在涂层表面厚度或层下方，x为大约0.78至大约0.88，并且涂层表面具有0.85至0.92的x值。

在各种方面，该涂层材料或涂层材料的层可以包含式Me1-xAlxCyN1-y的金属铝碳氮化物，其中y是碳对碳与氮的总和的比率。y的说明性的值任选为0至0.08。在一些方面，y为大约0至大约0.08，包括大约0、大约0.01、大约0.02、大约0.03、大约0.04、大约0.05、大约0.06、大约0.07、大约0.08或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。存在几种不同的方法可用于测定碳含量。如本文中所用，碳含量可以通过能量色散X射线光谱法（EDX或EDS）来测定。

该金属铝碳氮化物组合物和/或该金属铝氮化物组合物的金属部分不受本公开的限制，并可以是任何金属。在一些方面，该金属可以是钛（Ti）、铬（Cr）、锆（Zr）、铪（Hf）、钒（V）等等。如将在本文中更详细描述的那样，该金属可以以其二元配对物，例如氮化铝（AlN）和金属氮化物（MeN）之间的固溶相提供。

在一些方面，涂层基于氮化铝结构，由此AlN基质中的铝可以部分随机地被所需量的金属替代，其中量取决于工艺条件和前体的初始浓度，其导致了立方金属铝氮化物210（如图2A中所示）或六角纤锌矿金属铝氮化物220（如图2B中所示）。铝的相对量（例如上式中的x）可以任选在0.78至0.92或更大之间改变，由此所得晶体结构可以由六角纤锌矿（较高的铝量）向立方（较低的铝量）改变。晶格的改变使得能影响所得涂层的性质，如硬度、摩擦系数、表面形态如粗糙度等等，这将决定所得涂覆表面的最终性能特性。在一些方面，该材料的结构是或包括立方晶形。在一些方面，结构是或包括六角纤锌矿晶形。在一些方面，一个或多个涂层或涂层中的区域（任选层）是立方晶形与六角纤锌矿晶形的混合。任选地，中间厚度与涂层厚度的外表面相比具有较低的六角纤锌矿晶形的相对量，使得具有六角纤锌矿晶形的材料的量在涂层表面处高于在一个或多个中间厚度处。通过提高六角纤锌矿晶形的量，可以制造相对于中间厚度（其具有相对较低的六角纤锌矿晶形的量）具有较低硬度的外表面。

在图2A中，立方金属铝氮化物210可以是包括基本如所示排列的金属原子214和铝原子212的单元。在图2B中，该六角纤锌矿金属铝氮化物220可以是包括与铝原子212以不同的六角纤锌矿排列缔合的金属原子214的单元。将在下文中详细描述以任一排列形成Me1-xAlxN或Me1-xAlxCN。

在各种方面，该立方金属铝氮化物210通常经由X射线衍射（XRD）与六角纤锌矿金属铝氮化物220区分开来。例如，XRD图中显示的各个峰可以指示Me1-xAlxN或Me1-xAlxCN形成为立方晶形210还是形成为六角纤锌矿晶形220。例如，如图3中所示，检查TiAlN涂层材料，揭示了立方结构。相反，如图4中所示，显示了类似的TiAlN材料，但是以混合的立方和六角结构形成。

图5A显示了立方结构的TiAlN涂层的SEM图像，示出了该材料的独特的表面结构。相反，图5B中显示的混合立方/六角TiAlN材料的微观结构显示出更浑圆的外观，导致了具有降低的硬度和降低的表面粗糙度的材料。

如本文中先前所描述的那样，金属铝氮化物或碳氮化物中的金属可以是任何金属，任选任何过渡金属或过渡金属的组合。在一些方面，该金属可以是或包括钛（Ti）。因此，沉积在挤出工具表面上的化合物可以是钛铝氮化物（TiAlN）或钛铝碳氮化物（TiAlCN）。如图5A中描绘的一种示例性TiAlN 材料通过EDX检查，所得图谱描绘在图6中。数据证实了材料含有元素金属和铝的组合物，其总组成为Ti16.03Al83.97。涂覆有示例性TiAlN材料的表面显示在图7中，其显示了在材料表面上相对均匀的涂层，其中涂层厚度为大约4 µm。

在其它方面，该金属可以是或包括铬（Cr）。因此，沉积在挤出工具表面上的化合物可以是铬铝氮化物（CrAlN）或铬铝碳氮化物（CrAlCN）。通过类似于上述TiAlN 材料的方法将示例性的CrAlN材料涂覆到表面上并进行研究。XRD分析（图8）揭示了立方结构。

在一些方面，相对较软或较不耐磨的材料的表面涂层可以层叠在涂层表面上。表面涂层任选是示例性选自但不限于BN、MoS2、WS2或其它类似自润滑涂层的材料之一。除了本文中所述的金属铝氮化物或碳氮化物涂层之外任选添加该表面涂层，或通过涂层材料中Al的相对量提供该表面特性，以便将类似的润滑层添加到该材料表面。

在各种方面，该金属铝氮化物或碳氮化物可以通过气相沉积法形成。此类形成可以经由化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等等来实现。优选地，通过化学气相沉积来获得涂层，因为此类方法不受视线问题的限制，并且相对于PVD法将获得改进的涂层，特别是在导向通道的一个或多个表面上。化学气相沉积通常包括将挤出工具暴露于一种或多种前体材料，其在挤出工具表面上反应和/或分解以便在其上产生一个或多个涂层。本文中所用的“化学气相沉积”还包括其变体，如低温化学气相沉积（LT-CVD）、中温化学气相沉积（MT-CVD）和高温化学气相沉积（HT-CVD）。图10描绘了根据一个或多个方面经由化学气相沉积在挤出工具表面上形成一个或多个涂层（例如形成涂覆体）的说明性过程。

在步骤1010处，可以提供具有一个或多个待涂覆表面的挤出工具。挤出工具通常是指预先成型的挤出工具，其完全组装并可用于物体形成，和/或挤出工具的组件，其仍需要一个或多个进一步组装/形成过程。例如，该挤出工具可以是一定量的材料，其必须在使用该挤出工具之前形成（例如通过切削、粘接、粘合在一起和/或类似方法）。也就是说，为了在其上沉积一个或多个涂层的目的，可以提供挤出工具表面，随后进行最终的形成步骤以完全组装该挤出工具。在另一实例中，该挤出工具可以在其上沉积一个或多个涂层之前完全组装。

在步骤1020处，可以提供前体材料。说明性的前体材料可以包括但不限于氢（H2）、氮（N2）、卤化铝化合物、金属卤化物化合物、氨（NH3）和烃。金属卤化物的特定实例可以包括但不限于氯化钛（IV）（TiCl4）。烃的优选实例可以包括但不限于甲烷、乙烷、乙烯和乙炔。

在各种方面，根据步骤1020提供的前体材料可以彼此分开提供。也就是说，各前体材料可以包含在腔室或类似物中，其与含有其它前体材料的其它腔室或类似物分开。各腔室或类似物可以单独控制，以使得当排出该腔室中所含的前体材料时，可以调节其流量。因此，该前体材料可以彼此独立地并以不同于其它前体材料的流量的流量各自暴露于该挤出工具材料。

在步骤1030处，该前体材料可以沉积在挤出工具材料上。也就是说，含有各种前体材料的腔室或类似物可以独立地控制以便从中排出特定量的前体材料，使得各种前体材料冲击挤出工具材料的一个或多个表面，任选发生反应，并形成一个或多个涂层。

在各种方面，该前体材料可以在受控环境中沉积在挤出工具材料上。也就是说，可以通过调节环境的温度、调节环境的压力和/或调节其它环境变量来控制含有要暴露于该前体材料的挤出工具材料的环境。例如，可以调节该环境，以使该挤出工具材料周围区域的温度为大约650℃至大约1050℃，包括大约650℃、大约700℃、大约750℃、大约800℃、大约850℃、大约900℃、大约950℃、大约1000℃、大约1050℃或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在一个特定方面，该挤出工具材料周围区域的温度可以为大约700℃至大约750℃，任选大约750℃。在另一特定方面，该挤出工具材料周围区域的温度可以为大约780℃。在另一特定方面，该挤出工具材料周围区域的温度可以为大约800℃。在另一特定方面，该挤出工具材料周围区域的温度可以为大约850℃。在另一特定方面，该挤出工具材料周围区域的温度可以为大约1020℃。

在涂覆过程的一些方面，可以调节该环境，以使该挤出工具材料周围区域的压力为大约1毫巴（mbar）至大约60 mbar，包括大约1 mbar、大约10 mbar、大约20 mbar、大约30 mbar、大约40 mbar、大约50 mbar、大约60 mbar或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在一个特定方面，该挤出工具材料周围区域的压力可以为大约5 mbar。在另一特定方面，该挤出工具材料周围区域的压力可以为大约8 mbar。在另一特定方面，该挤出工具材料周围区域的压力可以为大约10 mbar。在另一特定方面，该挤出工具材料周围区域的压力可以为大约20 mbar。在另一特定方面，该挤出工具材料周围区域的压力可以为大约60 mbar。通常可以了解适于特定的前体材料、其组合和/或挤出工具材料的环境条件（包括温度、压力和/或类似条件）。

在各种方面，该前体材料可以在挤出工具材料上沉积一段时间。该时间不受本公开的限制，并可以是适于确保沉积足够量的前体材料、确保前体材料反应以便在挤出工具材料上形成一个或多个涂层和/或类似结果的任何时间。示例性的时间包括但不限于大约20分钟或更长，任选30分钟或更长。在一些方面，时间为大约20分钟至大约360分钟，包括大约30分钟、大约60分钟、大约90分钟、大约120分钟、大约150分钟、大约180分钟、大约210分钟、大约240分钟、大约270分钟、大约300分钟、大约330分钟、大约360分钟或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在一个特定方面，该时间可以为大约60分钟。在另一特定方面，该时间可以为大约90分钟。在另一特定方面，该时间可以为大约100分钟。在另一特定方面，该时间可以为大约180分钟。通常可以了解适于特定的前体材料、其组合和/或挤出工具材料的其它时间。

在各种方面，每一种前体材料可以以一定流量沉积在挤出工具材料上。该流量不受本公开的限制，并且可以是适于确保沉积足够量的前体材料、由此确保前体材料反应以便在挤出工具材料上形成一个或多个涂层和/或类似结果的任何流量。

对于液体或气体前体材料的说明性流量可以为大约0.1升/分钟（L/min）至大约250 L/min，包括大约0.1 L/min、大约0.5 L/min、大约1 L/min、大约2 L/min、大约3 L/min、大约4 L/min、大约5 L/min、大约10 L/min、大约20 L/min、大约30 L/min、大约40 L/min、大约50 L/min、大约60 L/min、大约70 L/min、大约80 L/min、大约90 L/min、大约100 L/min、大约150 L/min、大约200 L/min、大约250 L/min或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在一个特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约0.1 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约0.2 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约0.5 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约0.7 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约0.85 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约1.0 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约1.1 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约1.2 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约2.0 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约5.0 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约6.0 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约20 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约45 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约46 L/min。在另一特定方面，液体或气体前体材料的流量可以为大约55 L/min。在其中前体为氢（H2）的方面，该流量可以为例如大约10 L/min至大约250 L/min，包括大约10 L/min、大约25 L/min、大约50 L/min、大约75 L/min、大约100 L/min、大约125 L/min、大约150 L/min、大约175 L/min、大约200 L/min、大约225 L/min、大约250 L/min或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在其中前体为氮（N2）的方面，该流量可以为例如大约10 L/min至大约30 L/min，包括大约0 L/min、大约5 L/min、大约10 L/min、大约15 L/min、大约20 L/min、大约25 L/min、大约30 L/min或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在其中前体为氨（NN3）的方面，该流量可以为例如大约0.2 L/min至大约5 L/min，包括大约0.2 L/min、大约0.3 L/min、大约0.4 L/min、大约0.5 L/min、大约0.6 L/min、大约0.7 L/min、大约0.8 L/min、大约0.9 L/min、大约1.0 L/min、大约2.0 L/min、大约3.0 L/min、大约4.0 L/min、大约5.0 L/min或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在其中前体为氯化铝（III）（AlCl3）的方面，该流量可以为例如大约0.1 L/min至大约7 L/min，包括大约0.1 L/min、大约0.2 L/min、大约0.3 L/min、大约10 L/min、大约0.4 L/min、大约0.5 L/min、大约0.6 L/min、大约0.7 L/min、大约0.8 L/min、大约0.9 L/min、大约1.0 L/min、大约2.0 L/min、大约3.0 L/min、大约4.0 L/min、大约5.0 L/min、大约6.0 L/min、大约7.0 L/min或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在其中前体为氯化铬（III）（CrCl3）的方面，该流量可以为例如大约0.1 L/min至大约7 L/min，包括大约0.1 L/min、大约0.2 L/min、大约0.3 L/min、大约10 L/min、大约0.4 L/min、大约0.5 L/min、大约0.6 L/min、大约0.7 L/min、大约0.8 L/min、大约0.9 L/min、大约1.0 L/min、大约2.0 L/min、大约3.0 L/min、大约4.0 L/min、大约5.0 L/min、大约6.0 L/min、大约7.0 L/min或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。通常可以了解适于特定的前体材料、其组合和/或挤出工具材料的其它流量。

用于前体材料的说明性流量可以为大约50克/小时（g/h）至大约100 g/h，包括大约50 g/h、大约60 g/h、大约70 g/h、大约80 g/h、大约90 g/h、大约100 g/h或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。在一个特定方面，用于固体前体材料的流量可以为大约50 g/h。在另一特定方面，用于固体前体材料的流量可以为大约52 g/h。在另一特定方面，用于固体前体材料的流量可以为大约60 g/h。在另一特定方面，用于固体前体材料的流量可以为大约90 g/h。在其中前体为氯化钛（IV）（TiCl4）的方面，该流量可以为例如大约10 g/h至大约500 g/h，包括大约10 g/h、大约20 g/h、大约30 g/h、大约40 g/h、大约50 g/h、大约60 g/h、大约70 g/h、大约80 g/h、大约90 g/h、大约100 g/h、大约200 g/h、大约300 g/h、大约400 g/h、大约500 g/h或这些值中任意两个之间的任何值或范围（包括端点）。通常可以了解适于特定的前体材料、其组合和/或挤出工具材料的其它流量。

实施例

下面的表1-5提供了可以根据各个方面用于在挤出工具上沉积前体材料的各种环境条件、时间以及流量的说明性实例：

表1：TiAlN

表2：TiAlN

表3：TiAlN

表4：TiAlN

表5：CrAlN

图6显示了使用来自实施例3的条件沉积的立方TiAlN涂层的EDX光谱。该涂层体系包括两个层：厚度~1.5 μm的第一层（TiN）和厚度~4.5 μm的第二层（TiAlN）。涂层显微硬度为3250±250 HV0.025（31.8±2.4GPa），平均粗糙度为0.2 μm（Ra）。该涂层的外表面还显示在图5A中。

由于在挤出工具材料上沉积了该前体材料，该挤出工具表现出本文中所述的各种性质，并可用于挤出。

现在应当理解，本文中描述的挤出工具涂覆有一个或多个金属铝氮化物和/或金属铝碳氮化物涂层。挤出工具上的此类涂层获得了涂覆挤出工具，其相对于其它挤出工具表现出提高的性能和更长的使用寿命。该涂覆挤出工具相对于其它挤出工具进一步表现出较低的粗糙度性质，以及更柔软、更不耐磨的表面。此外，该涂覆挤出工具相对于其它挤出工具表现出更高的几何精度。

对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对本文中描述的方面进行各种修改和改变。由此，本说明书意在覆盖本文中描述的各个方面的修改和改变，只要这些修改和改变落入所附权利要求及其等同物的范围内。