专利名称：具有碳氮氧化钛涂层的切削镶片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种带有涂层方案的涂覆的切削镶片及其制造方法，其中该涂层方案包括一个碳氮氧化钛涂覆层。更确切地说，本发明涉及一种带有涂层方案的涂覆的切削镶片(其中该基底可以是多晶的立方氮化硼(PcBN))及其制造方法，其中该涂层方案包括一个用气态混合物通过化学气相沉积(CVD)所沉积的碳氮氧化钛涂覆层，该气态混合物包含乙腈，尤其是量值不大于该气态混合物的约O. 15摩尔百分比的乙腈。此外，本发明涉及一种带有涂层方案的涂覆的切削镶片(其中该基底可以是多晶的立方氮化硼(PcBN))，该涂层方案包括一个通过CVD施加的碳氮氧化钛涂覆层，其中这些碳氮氧化钛晶须具有根据下文列出的技术在二维平面视图中测量的、大于约I. Ομπι的平均长度、大于约O. 2μπι的平均宽度、以及大于约2. O的平均长宽比。
背景技术：
迄今为止，乙腈(CH3CN)已被用于气态混合物中以便通过CVD来沉积一个涂覆层。授予Gates，Jr.等人的美国专利号7，455，918中列出了许多包含乙腈的气态组合物，它们可以用于沉积包含多个含碳氮氧化钛的层的改性层。见第6栏第48行至第67行。在授予Gates, Jr.等人的美国专利号7，455，918中表5和表6中列出了具体实例，这些实例在氢气、氮气、四氯化钛、以及一氧化碳的气态混合物中包含未披露体积的乙腈。授予住友商事株式会社(Sumitomo Electric Industries, Ltd.)的欧洲专利号 I 413 648 BI似乎显不了将CH3CN以及其他气体一起用于生产可能会是TiOCN的柱状结构。见第3页第48行至第4页第5行。其他气体似乎包括选自以下各项中的那些VCl4、ZrCl4、TiCl4、H2、N2、Ar、CO、以及CO2。看起来该气态混合物需要H2O的存在。表I (第8页)列出了使用从O. 3到2. O体积百分比的乙腈来形成TiCNO涂覆层的实例。有一段时间，乙腈是通过CVD来沉积碳氮化钛涂覆层以及其他涂覆层所使用的气态混合物的一部分。在此方面,授予Undercoffer (转让给肯纳金属公司(KennametalInc.))的PCT专利申请W000/52224在第2页第12行至第3页第11行清楚地披露，乙腈(以及其他气体(例如，TiCl4和H2))已经被用于碳氮化钛的沉积中，这似乎是PCT专利申请W000/52224的焦点。PCT专利申请W000/52224在第11页第4-12行提到，将CO或CO2添加到该气态混合物可以导致产生其他含钛的涂层，包括碳氮氧化钛(TiOCN)在内。授予Omori等人的美国专利申请公布号US2007/0298280披露了使用乙腈来沉积一个碳氮化钛涂覆层。一般性地提及了使用乙腈来通过CVD沉积一个碳氮氧化钛涂覆层。见段落
至
。授予Kodama等人的欧洲专利申请号1138，800A1集中于在包括碳氮氧化钛的硬质涂层的生产中使用乙烷。然而，提及了可以在该过程中用乙腈代替乙烷。见段落
至
。授予Hirakawa等人的欧洲专利申请号1160 353 Al披露了具有一个浓度梯度的TiCN层，其中在该气体混合物中CH3CN的浓度是影响该TiCN浓度的因素之一。在这些实例中，该TiOCN层并没有使用CH3CN作为该气态混合物的一个组分。
授予Ruppi的美国专利申请公布号US2006/0115662中披露了使用CH3CN来制造碳氮氧化钛铝“粘结”涂层。参见表I和表II。授予Sottke等人的美国专利申请公布号US2006/0257689 Al中披露了在中间层的沉积中使用乙腈(O. 5vol. %_2vol. %)，该中间层可以是TiOCN，其中Ti至少在某种程度上被Zr或Hf替代。授予Ruppi的美国专利号7，192，660B2包含以下披露内容暗示了使用CH3CN来生产一个(Tix, Aly, Xz) (Cu, Ow, Nv)涂覆层，其中X、U、和ν是大于零，并且y、z和w中的至少一个是大于零。见第5栏，第53行至第63行。以下专利文件在用于沉积碳氮化钛涂覆层的气态混合物中使用了乙腈授予Moriguchi等人的欧洲专利号0732423B1、授予Kato等人的欧洲专利号I 188 504、授予Ichikawa等人的欧洲专利申请号O 900 860 A2、授予Yoshimura等人的美国专利号 5,681, 651、授予Uchino等人的美国专利号5, 915, 162、授予Holzschuh的美国专利号
6,436, 519 B2、授予三菱材料公司(Mitsubishi Materials)的欧洲专利号 O 685 572 BI、授予肯纳金属公司的欧洲专利号I 157 143 BI、以及授予三菱材料公司的欧洲专利号O709 484 BI。涂层方案与基底的粘附性对于涂覆的切削镶片而言是一个重要的特征。具有改进的粘附性的涂层方案对于性能是有益的。因此，高度希望的是提供在涂层方案与基底的粘附性方面经历了改进的一种涂覆的切削镶片。在用于涂覆的切削镶片的一些涂层方案中，通过一个粘合层将一个氧化铝涂覆层连接到一个适当温度的碳氮化钛(MT-TiCN)涂覆层上。诸位申请人已经发现，通过使用碳氮氧化钛涂覆层作为粘合层(该粘合层展现出具有某种尺寸和长宽比的狭长碳氮氧化钛晶须)，与碳氮化钛粘合层相比在氧化铝涂覆层的粘附性方面存在着改进。因此，高度希望的是提供带有含碳氮氧化钛的涂层方案的一种涂覆的切削镶片，该碳氮氧化钛提供了改进的粘附性。此外，高度希望的是提供带有含碳氮氧化钛的涂层方案的一种涂覆的切削镶片，该碳氮氧化钛提供了改进的粘附性，其中该碳氮氧化钛的晶须具有有助于改进粘附性的某种尺寸以及长宽比。为了实现碳氮氧化钛涂覆层，其中碳氮氧化钛晶须具有根据以下列出的技术在二维平面视图中测量的、大于约I. O μ m的平均长度、大于约O. 2 μ m的平均宽度、以及大于约
2.O的平均长宽比，诸位申请人已经在用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物中使用减少的量的乙腈。诸位申请人已经发现，乙腈在该气态混合物中的最大量值应该不大于该气态混合物的约O. 15摩尔百分比。因此，高度希望的是提供带有含碳氮氧化钛涂覆层的涂层方案的一种涂覆的切削镶片，其中用于沉积碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物具有减少的含量(即，不大于该气态混合物的约O. 15摩尔百分比)的乙腈。诸位申请人已经发现，一个碳氮氧化钛粘合层的优点是改进了该氧化铝涂覆层在更低的CVD沉积温度下的粘连性。这尤其适用于在多晶立方氮化硼(PcBN)基底上进行碳氮氧化钛层的CVD沉积。当该碳氮氧化钛层在非常高的沉积温度下进行CVD沉积时，该PcBN基底会降解。更低的沉积温度是低于约1000°C。在一个替代方案中，CVD沉积温度是在约800°C与约950°C之间。在另一个替代方案中，CVD沉积温度是在约895°C与约925°C之间
发明内容
本发明的一种形式是一种用于制造涂覆的切削镶片的方法，该方法包括以下步骤提供具有一个表面的基底；用一种气态混合物通过化学气相沉积来沉积一个碳氮氧化钛涂覆层，该气态混合物包含存在的量值在约5摩尔百分比与约40摩尔百分比之间的氮气，存在的量值在约O. 5摩尔百分比与约8. O摩尔百分比之间的甲烷，任选地存在的量值高达约5. O摩尔百分比的氯化氢，存在的量值在约O. 2摩尔百分比与约3. O摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约O. 02摩尔百分比与约O. 15摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约O. 4摩尔百分比与约2. O摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约41. 85摩尔百分比与约93. 88摩尔百分比之间的氢气。本发明的又一个形式是一种涂覆的切削镶片，该切削镶片包括的具有一个表面基底以及一个在该基底表面上的涂层方案。该涂层方案包括一个碳氮氧化钛涂层，其中该碳氮氧化钛包含的碳氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、大于约I. ομπι的平均长度、大于约O. 2μπι的平均宽度、以及大于约2. O的平均长宽比。 本发明的另一个形式是一种涂覆的切削镶片，该涂覆的切削镶片是通过包括以下 步骤的方法所生产的提供具有一个表面的基底；用一种气态混合物通过化学气相沉积来沉积一个碳氮氧化钛涂覆层，该气态混合物包含存在的量值在约5摩尔百分比与约40摩尔百分比之间的氮气，存在的量值在约O. 5摩尔百分比与约8. O摩尔百分比之间的甲烧，任选地存在的量值高达约5. O摩尔百分比的氯化氢，存在的量值在约O. 2摩尔百分比与约3. O摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约O. 02摩尔百分比与约O. 15摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约O. 4摩尔百分比与约2. O摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约41. 85摩尔百分比与约93. 88摩尔百分比之间的氢气。
以下是对附图的简要说明，这些附图形成本专利申请的一部分图I是具有以下涂层方案的切削镶片的具体实施方案的等距视图，该涂层方案包括在气态混合物中使用乙腈而通过CVD施加的碳氮氧化钛涂覆层；图2是一个截面的机械示意图，显示了图I的切削镶片的基底以及其上的涂层方案；图2Α是在基底上的涂层方案的另一个具体实施方案的截面机械不意图；图3是在基底上的涂层方案的又一个具体实施方案的截面机械示意图；图3Α是在基底上的涂层方案的又另一个具体实施方案的截面机械示意图；图4是在基底上的涂层方案的另一个具体实施方案的截面机械示意图；图4Α是在基底上的涂层方案的另一个具体实施方案的截面机械示意图；图5是在基底上的涂层方案的另一个具体实施方案的截面机械示意图；图5Α是在基底上的涂层方案的另一个具体实施方案的截面机械不意图；图6是来自本发明的实例编号I的碳氮氧化钛涂覆层的表面通过扫描电子显微镜(SEM)获取的显微照片，并且该显微照片具有10微米的刻度；图7是来自现有技术的碳氮氧化钛涂覆层的表面通过扫描电子显微镜(SEM)获取的显微照片，并且该显微照片具有5微米的刻度；并且图8是来自本发明的实例编号2的碳氮氧化钛涂覆层的表面通过扫描电子显微镜(SEM)获取的显微照片，并且该显微照片具有5微米的刻度。
具体实施例方式本发明涉及一种涂覆的切削镶片，该涂覆的切削镶片具有一个基底以及一个涂层方案，并且涉及该带有涂层方案的涂覆的切削镶片的制造方法。该涂层方案包括用一种气态混合物通过化学气相沉积(CVD)而沉积的一个碳氮氧化钛涂覆层。一个示例性的基底是PcBN基底。如下文将说明的，诸位申请人已经发现了与通过本发明的方法沉积在该基底表面上的碳氮氧化钛晶须涂覆层相关的多个优点(例如改进的涂层粘附性)。这些优点涉及在金属切削操作过程中该涂层方案与该基底的一种改进的粘附性。该气态混合物包含的乙腈的量值不大于该用于沉积碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物的约O. 15摩尔百分比。此外，该用于沉积碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物包含以下气体氮气、甲烷、氯化氢(任选的)、四氯化钛、一氧化碳、乙腈、以及氢气。 关于用来沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物的组成，作为一种选择，该气态混合物包含存在的量值在约5摩尔百分比与约40摩尔百分比之间的氮气，存在的量值在约O. 5摩尔百分比与约8. O摩尔百分比之间的甲烷，任选地存在的量值高达约5. O摩尔百分比的氯化氢，存在的量值在约O. 2摩尔百分比与约3. O摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约O. 02摩尔百分比与约O. 15摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约O. 4摩尔百分比与约2. O摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约41. 85摩尔百分比与约93. 88摩尔百分比之间的氢气。作为该用于沉积碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物的组成的另一种选择，该组成包含存在的量值在约10摩尔百分比与约35摩尔百分比之间的氮气，存在的量值在约I摩尔百分比与约6. O摩尔百分比之间的甲烷，任选地存在的量值高达约4. O摩尔百分比的氯化氢，存在的量值在约O. 5摩尔百分比与约2. 5摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约O. 02摩尔百分比与约O. I摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约O. 4摩尔百分比与约
I.8摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约50. 6摩尔百分比与约88. 08摩尔百分比之间的氢气。作为该用于沉积碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物的组成的又一种选择，该组成包含存在的量值在约15摩尔百分比与约30摩尔百分比之间的氮气，存在的量值在约I摩尔百分比与约5. O摩尔百分比之间的甲烷，任选地存在的量值高达约3. O摩尔百分比的氯化氢，存在的量值在约O. 5摩尔百分比与约2. O摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约O. 02摩尔百分比与约O. 08摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约O. 40摩尔百分比与约I. 5摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约58. 87摩尔百分比与约83. 08摩尔百分比之间的氢气。作为该用于沉积碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物的组成的另一种选择，该组成包含存在的量值等于约25. 4摩尔百分比的氮气，存在的量值等于约I. 7摩尔百分比的甲烷，存在的量值等于约I. 4摩尔百分比的氯化氢，存在的量值等于约O. 7摩尔百分比的四氯化钛，存在的量值等于约O. 03摩尔百分比的乙腈，存在的量值等于约O. 6摩尔百分比的一氧化碳，以及存在的量值等于约70. 2摩尔百分比的氢气。作为该用于沉积碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物的组成的又另一种选择，该组成包含存在的量值在约26摩尔百分比与约28摩尔百分比之间的氮气，存在的量值在约4摩尔百分比与约5摩尔百分比之间的甲烧，存在的量值在约I. 6摩尔百分比与约2. O摩尔百分比之间的氯化氢，存在的量值在约O. 7摩尔百分比与约I. O摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约O. 04摩尔百分比与约O. 06摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约O. 7摩尔百分比与约I. I摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约62. 84摩尔百分比与约66. 96摩尔百分比之间的氢气。作为该用于沉积碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物的组成的另一种选择，该组成包含存在的量值等于约27摩尔百分比的氮气，存在的量值等于约4. 5摩尔百分比的甲烷，存在的量值等于约I. 8摩尔百分比的氯化氢，存在的量值等于约O. 8摩尔百分比的四氯化钛，存在的量值等于约O. 05摩尔百分比的乙腈，存在的量值等于约O. 9摩尔百分比的一氧化碳，以及存在的量值等于约64. 9摩尔百分比的氢气。关于该碳氮氧化钛涂覆层的特性，Ti (OxCyNz)组成具有如下范围x的范围是在约O. 005与约O. 15之间，y的范围是在约O. 3与约O. 8之间，并且z的范围是在约O. 2与约O. 8之间。作为一个替代方案，X的范围是在约O. 01与约O. I之间，y的范围是在约O. 3与 约O. 6之间，并且z的范围是在约O. 3与约O. 7之间。该碳氮氧化钛呈现晶须的形式。在这种情况下，术语“晶须”是指一种狭长的碳氮氧化钛单晶形式，其中在与该基底表面相平行的平面视图中，长度与宽度的长宽比是大于约2。在一个替代方案中，长度与宽度的长宽比是大于约4。在又另一个替代方案中，长度与宽度的长宽比是大于约6。测量长度与宽度的长宽比的技术，包括长度和宽度的测量，是通过二次电子显微镜使用5，000X的放大倍率以及等于20微米乘24微米的视野。在视野上随机画一条线并且将这条线所截断的这些晶粒用于测量其长度和宽度，这可以用于计算长宽比(长宽比=长度/宽度)。将这个程序重复以获得五张照片。然后将所有截断的晶粒的长宽比进行平均，作为最终的长宽比。参见这些附图，图I示出了总体上表示为20的一种涂覆的切削镶片。该涂覆的切削镶片20中缺少涂层方案22的一部分以暴露出基底24。涂覆的切削镶片20具有一个侧表面28以及一个前刀面30。一个切削刃32位于该侧表面28与前刀面30的相交处(或连接处)。无意将本发明的范围局限于这种具体形状的涂覆的切削镶片20。本发明适用于具有任何几何形状的切削镶片。涂覆的切削镶片20的典型的用途是从工件上去除材料，例如对工件进行形成切屑的机加工。关于形成切屑的机加工操作，材料去除操作产生了该工件材料的切屑。多个涉及机加工的出版物确立了这个事实。例如，Moltrecht的著作《机械工厂实践》(MachineShop Practice)[纽约工业出版社有限公司，纽约(1981)]在199至204页尤其提供了对于切屑形成、以及不同种类的切屑(即，连续的切屑、不连续的切屑、片段式切屑)的描述。Moltrecht在199至200页的[部分]中说到“当切削刀具与金属第一次接触时，它挤压切削刃的金属头部。当刀具前进时，切削刃的金属头部被压到它将在内部进行剪切的点上，从而引起该金属的晶粒变形并且沿着一个称为剪切面的平面塑性地流动……当被切削的金属类型为易延展的时候(如钢)，切屑将以连续的带状物掉落……”Moltrecht继续说明了一种不连续的切屑以及一种片段式切屑的形成。作为另一个实例，在ASTE工具工程师手册(ASTE Tool Engineers Handbook)、纽约麦克劳、希尔图书公司(McGraw Hill Book Co.)纽约(1949)的第302至315页找到的内容提供了对于金属切削过程中的切屑形成的一个冗长的说明。这个ASTE手册在第303页展示了在切屑形成与机加工操作(如车削、铣削以及钻孔)之间的清楚的关系。参见图2，显示了图I的切削镶片的基底24以及其上的涂层方案(括号22)的截面机械示意图。基底24可以是多个适合用作切削镶片的基底材料中的任何一个。示例性的基底包括而不局限于烧结碳化物(例如，碳化钨-钴材料)、陶瓷(例如，氮化硅以及赛隆陶瓷)、多晶立方硼化物(PcBN)材料、以及金属陶瓷(例如，基于碳化钛的材料)。基底24具有一个表面36。在基底24的表面36上通过CVD沉积了一个氮化钛涂覆层38。用于沉积氮化钛涂覆层38的气态混合物典型地包括(按该气态混合物的摩尔百分比计的体积，包括)=TiCl4(O. 93mol%)、N2 (18. 08mol%)以及H2 (79. llmol%)。氮化钛涂覆层38的CVD沉积的典型温度范围包括在约800°C与约950°C之间。氮化钛涂覆层38的CVD沉积的另一个温度范围包括在约850°C与约920°C之间。氮化钛涂覆层38的CVD沉积的一个优选温度等于约890°C。氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约60托与约380托之间的范围内。氮化钛 涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约80托与约150托之间的范围内。氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型是持续时间范围是在约10分钟与约60分钟之间的范围内。氮化钛涂覆层的CVD沉积的一个替代性的持续时间范围是在约20分钟与约50分钟之间的范围内。该氮化钛涂覆层38的厚度是约O. 5微米。该氮化钛涂覆层的厚度的一个范围是在约O. I微米与约2微米之间。该氮化钛涂覆层的厚度的另一个范围是在约O. 2微米与约I微米之间。应该认识到，可以沉积除该氮化钛之外的涂覆层来代替该氮化钛。用于中间涂覆层的这些涂层(不同于氮化钛)可以包括选自下组的一种或多种碳化钛、碳氮化钛、氮化給、碳化給、碳氣化給、氣化错、碳化错、以及碳氣化错。在氮化钛涂覆层38的顶部通过MT-CVD沉积一个MT-CVD碳氮化钛涂覆层40。用于沉积碳氮化钛涂覆层40的气态混合物典型地包括(按该气态混合物的摩尔百分比计的体积，包括):TiCl4 (O. 99mol%)、N2 (18. 96mol%)以及 H2 (73. 74mol%)、CH3CN (O. 34mol%)、以及HC1(0. 41mol%)。碳氮化钛涂覆层40的CVD沉积的典型温度范围包括在约750°C与约950°C之间。碳氮化钛涂覆层40的CVD沉积的另一个温度范围包括在约770°C与约900°C之间。碳氮化钛涂覆层40的CVD沉积的一个优选温度等于约890°C。该碳氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约40托与约150托之间的范围内。该碳氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约40托与约100托之间的范围内。该碳氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型的持续时间范围是在约60分钟与约360分钟之间的范围内。该碳氮化钛涂覆层的CVD沉积的一个替代性的持续时间范围是在约60分钟与约180分钟之间的范围内。该碳氮化钛涂覆层40的厚度是约7微米。该碳氮化钛涂覆层40的厚度的一个范围是在约2微米与约12微米之间。该碳氮化钛涂覆层40的厚度的另一个范围是在约3微米与约9微米之间。应该认识到，可以沉积除碳氮化钛之外的涂覆层来代替该碳氮化钛。用于这个中间涂覆层的这些涂层(不同于碳氮化钛)可以包括选自下组的一种或多种碳化钛、氮化钛、氣化給、碳化給、碳氣化給、氣化错、碳化错、以及碳氣化错。碳氮氧化钛涂覆层44是通过CVD沉积在该碳氮化钛涂覆层40的表面上的。用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层44的气态混合物显示在表B中。碳氮氧化钛涂覆层44的CVD沉积的典型温度范围包括在约800°C与约950°C之间。碳氮氧化钛涂覆层44的CVD沉积的另一个温度范围包括在约850°C与约920°C之间。碳氮氧化钛涂覆层44的CVD沉积的一个优选温度等于约900°C。该碳氮氧化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约60托与约500托之间的范围内。该碳氮氧化钛涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约120托与约400托之间的范围内。因此，可以看出用于该碳氮氧化钛涂覆层的沉积步骤的一组参数包括等于约800°C与约950°C之间的温度以及等于约60托与约500托之间的压力。用于该碳氮氧化钛涂覆层的沉积的另一组参数包括等于约895°C与约925°C之间的温度以及等于约120托与约400托之间的压力。该碳氮氧化钛涂覆层的CVD沉积的典型的持续时间范围是在约25分钟与约120分钟之间的范围内。该碳氮氧化钛涂覆层的CVD沉积的一个替代性的持续时间范围是在约40分钟与约90分钟之间的范围内。该碳氮氧化钛涂覆层44的厚度是约O. 6微米到约O. 7微米。该碳氮氧化钛涂覆层44的厚度的一个范围是在约O. 3微米与约2微米之间。该碳 氮氧化钛涂覆层44的厚度的另一个范围是在约O. 5微米与约I. 2微米之间。应该认识到，可以沉积一个插入涂覆层以便位于该氮化钛涂覆层与该碳氮化钛涂覆层之间。此外，应该认识到，可以沉积一个插入涂覆层以便位于该碳氮化钛涂覆层与该碳氮氧化钛涂覆层之间。该插入涂覆层可以包括多种组成中的一种或多种例如像，氮化钛、碳化钦、碳氣化钦、氣化給、碳化給、碳氣化給、氣化错、碳化错、以及碳氣化错。在该碳氮氧化钛涂覆层44的表面上通过CVD沉积一个α -氧化铝涂覆层46。用于沉积该α -氧化铝涂覆层46的气态混合物典型地包括(按该气态混合物的摩尔百分比计的体积，包括):A1C13 (I. 53mol%)、C02 (9. 18mol%)以及、H2 (84. 95mol%)、H2S (O. 13mol%)、以及HC1(2. 3mol%)。a -氧化铝涂覆层46的CVD沉积的典型温度范围包括在约800°C与约950°C之间。a -氧化铝涂覆层46的CVD沉积的另一个温度范围包括在约850°C与约920°C之间。α-氧化铝涂覆层46的CVD沉积的一个优选温度等于约900°C。a -氧化铝涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约40托与约150托之间的范围内。α-氧化铝涂覆层的CVD沉积的另一个典型压力范围是在约60托与约90托之间的范围内。a -氧化铝涂覆层的CVD沉积的典型的持续时间范围是在约60分钟与约600分钟之间的范围内。a -氧化铝涂覆层的CVD沉积的一个替代性的持续时间范围是在约120分钟与约360分钟之间的范围内。该a -氧化铝涂覆层46的厚度是约7微米。该a -氧化铝涂覆层46厚度的一个范围是在约I微米与约10微米之间。该a -氧化铝涂覆层46厚度的另一个范围是在约3微米与约8微米之间。参见图2A,显不了在基底24’上的涂层方案22’的另一个具体实施方案20’。涂层方案22’包括涂覆层38’(一个氮化钛涂覆层)、40’(一个MT-CVD碳氮化钛涂覆层)、44’(一个碳氮氧化钛涂覆层)、以及46’(一个α-氧化铝涂覆层)。这些涂覆层38’、40’、44’、以及46’实质上是与以上结合图2说明的涂覆层38、40、44以及46对应地相同的。图2A的涂层方案22’进一步包括一个氮化钛最外涂覆层47。关于用于沉积该氮化钛涂覆层的加工参数，用于沉积氮化钛涂覆层的气态混合物典型地包括(按该气态混合物的摩尔百分比计的体积，包括):TiCl4 (O. 93mol%)、N2 (18. 08mol%)以及 H2 (79. llmol%)。该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型温度范围包括在约800°C与约950°C之间。该氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个温度范围包括在约850°C与约920°C之间。该氮化钛涂覆层的CVD沉积的一个优选温度等于约890°C。用于氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约60托与约380托之间的范围内。用于氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约80托与约150托之间的范围内。用于氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型的持续时间范围是在约10分钟与约60分钟之间的范围内。用于氮化钛涂覆层的CVD沉积的替代性的持续时间范围是在约20分钟与约50分钟之间的范围内。该氮化钛涂覆层的厚度是约O. 5微米。该氮化钛涂覆层厚度的一个范围是在约O. I微米与约2微米之间。该氮化钛涂覆层厚度的另一个范围是在约O. 2微米与约I微米之间。诸位申请人考虑了，代替在该氧化铝涂覆层上使用一个氮化钛覆盖层，可以使用以下覆盖层涂层方案中的任何一项碳氮氧化钛/氮化钛；氮化钛/碳氮化钛/氮化钛；碳氮氧化钛/碳氮化钛/氮化钛；多层的碳氮氧化钛/氮化钛；以及多层的碳氮氧化钛/碳氮化钛。用于这些不同的涂覆材料的过程参数与在此针对这些材料已经说明的那些是相同的。
图3是包括一个基底52的涂覆的切削镶片(总体上指定为50)的第二实施方案的截面机械示意图。基底52可以是多种适合用作切削镶片的基底材料中的任何一种。基底52具有一个表面54。基底表面54在其上具有一个涂层方案56。涂层方案56包括在基底52的表面54上通过CVD沉积的一个氮化钛的基础涂覆层58。沉积该氮化钛涂覆层58的气态混合物典型地包括(按该气态混合物的摩尔百分比计的体积，包括)= TiCl4 (O. 93mol%)、N2 (18. 08mol%)以及H2 (79. llmol%)。用于氮化钛涂覆层58的CVD沉积的典型温度范围包括在约800°C与约950°C之间。用于氮化钛涂覆层58的CVD沉积的另一个温度范围包括在约850°C与约920°C之间。用于氮化钛涂覆层58的CVD沉积的一个优选温度等于约8900C。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约60托与约380托之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约80托与约150托之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型持续时间范围是在约10分钟与约60分钟之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的替代性的持续时间范围是在约20分钟与约50分钟之间的范围内。该氮化钛涂覆层58的厚度是约O. 5微米。该氮化钛涂覆层厚度的一个范围是在约O. I微米与约2微米之间。该氮化钛涂覆层厚度的另一个范围是在约O. 2微米与约I微米之间。该涂层方案56的下一个区(见括号60)包括多对(见括号62)涂覆层。每对涂覆层62包括一个碳氮化钛涂覆层66以及一个碳氮氧化钛涂覆层68。在此实施方案中，存在三对涂覆层62。然而，无意将本发明局限于任何具体数目的涂覆层62对。用于这些对的涂覆层62的CVD沉积的典型温度范围包括在约750°C与约950°C之间。用于这些对的涂覆层62的CVD沉积的另一个温度范围包括在约770°C与约900°C之间。用于这些对的涂覆层62的CVD沉积的一个优选温度等于约890°C。用于这些对的涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约40托与约500托之间的范围内。用于这些对的涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约60托与约400托之间的范围内。用于这些对的涂覆层的CVD沉积的典型持续时间范围是在约10分钟与约150分钟之间的范围内。用于这些对的涂覆层的CVD沉积的替代性的持续时间范围是在约40分钟与约120分钟之间的范围内。对于每对涂覆层62，一对涂覆层62的厚度是约I. 5微米。一对涂覆层62的厚度的一个范围是在约O. 2微米与约4微米之间。一对涂覆层62的厚度的另一个范围是在约O. 5微米与约2微米之间。对于碳氮化钛涂覆层66,该碳氮化钛涂覆层66的厚度是约I. 2微米。该碳氮化钛涂覆层的厚度的一个范围是在约O. 2微米与约4微米之间。该碳氮化钛涂覆层的厚度的另一个范围是在约O. 5微米与约2微米之间。用于该碳氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约40托与约150托之间的范围内。用于该碳氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约40托与约100托之间的范围内。用于该碳氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型的持续时间范围是在约10分钟与约100分钟之间的范围内。用于该碳氮化钛涂覆层的CVD沉积的替代性的持续时间范围是在约20分钟与约60分钟之间的范围内。对于碳氮氧化钛涂覆层68,该碳氮氧化钛涂覆层68的厚度是约O. 3微米。用于该碳氮氧化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约60托与约500托之间的范围内。用于该碳氮氧化钛涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约120托与约400托之间的范围内。用于该碳氮氧化钛涂覆层的CVD沉积的典型持续时间范围是在约10分钟与约150分 钟之间的范围内。用于该碳氮氧化钛涂覆层的CVD沉积的一个替代性的持续时间范围是在约20分钟与约80分钟之间的范围内。该碳氮氧化钛涂覆层的厚度的一个范围是在约O. I微米与约2微米之间。该碳氮氧化钛涂覆层的厚度的另一个范围是在约O. 2微米与约I微米之间。在该最外面一对涂覆层62的表面上通过CVD沉积一个α -氧化铝涂覆层72。沉积该α -氧化铝涂覆层72的气态混合物典型地包括(按该气态混合物的摩尔百分比计的体积，包括)=AlCl3 (I. 53mol%)、CO2 (9. 18mol%)以及、H2 (84. 95mol%)、H2S (0.13mol%)、以及HCl (2. 3mol%)。用于α -氧化铝涂覆层72的CVD沉积的典型温度范围包括在约800°C与约950°C之间。用于α -氧化铝涂覆层72的CVD沉积的另一个温度范围包括在约850°C与约920°C之间。用于α -氧化铝涂覆层72的CVD沉积的一个优选温度等于约900°C。用于该α -氧化铝涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约40托与约150托之间的范围内。用于该α -氧化铝涂覆层的CVD沉积的另一个典型压力范围是在约60托与约90托之间的范围内。用于该α-氧化铝涂覆层的CVD沉积的典型持续时间范围是在约60分钟与约600分钟之间的范围内。用于该α-氧化铝涂覆层的CVD沉积的一个替代性的持续时间范围是在约120分钟与约360分钟之间的范围内。该α-氧化铝涂覆层72的厚度是约7微米。该α -氧化铝涂覆层72的厚度的一个范围是在约I微米与约10微米之间。该α -氧化铝涂覆层72的厚度的另一个范围是在约3微米与约8微米之间。参见图3Α，显示了在基底52’上的涂层方案56’的另一个具体实施方案50’。该涂层方案56’包含一个氮化钛的基础涂覆层58’。该涂层方案56’进一步包括一个区(括号60’)，该区包括多对(见括号62’)涂覆层。每对涂覆层62’包括一个碳氮化钛涂覆层66’以及一个碳氮氧化钛涂覆层68’。尽管所示的有三对，但是无意将涂层对的数目局限于任何具体的数目。该涂层方案56’进一步包括一个α-氧化铝涂覆层72’，它沉积在最外面一对涂覆层62’的表面上。这些涂覆层58’、62’、66’、68’、以及72’实质上与以上结合图3说明的涂覆层58、62、66、68以及72是相同的。图3Α的涂层方案56’进一步包括一个氮化钛最外涂覆层78。关于用于沉积该氮化钛涂覆层的加工参数，用于沉积该氮化钛涂覆层的气态混合物典型地包括(按该气态混合物的摩尔百分比计的体积，包括):TiCl4 (O. 93mol%)、N2 (18. 08mol%)以及 H2 (79. llmol%)。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型温度范围包括在约800°C与约950°C之间。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个温度范围包括在约850°C与约920°C之间。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的一个优选温度等于约890°C。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约60托与约380托之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约80托与约150托之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型的持续时间范围是在约10分钟与约60分钟之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的一个替代性的持续时间范围是在约20分钟与约50分钟之间的范围内。该氮化钛涂覆层的厚度是约O. 5微米。该氮化钛涂覆层的厚度的一个范围是在约O. I微米与约2微米之间。该氮化钛涂覆层的厚度的另一个范围是在约O. 2微米与约I微米之间。诸位申请人考虑了，代替在该氧化铝涂覆层上使用一个氮化钛覆盖层，可以使用以下覆盖层涂层方案中的任何一项碳氮氧化钛/氮化钛；氮化钛/碳氮化钛/氮化钛；碳氮氧化钛/碳氮化钛/氮化钛；多层的碳氮氧化钛/氮化钛；以及多层的碳氮氧化钛/碳氮化钛。用于这些不同的涂覆材料的过程参数与在此针对这些材料已经说明的那些是相同的。 参见图4，显示了在基底102上的涂层方案107的又另一个具体实施方案100。涂层方案107包括一个氮化钛的基础涂覆层104，其中用于沉积该涂覆层104的这些加工参数实质上与用于沉积图2的涂覆层38所使用的那些是相同的。涂层方案107进一步包括一个MT-CVD碳氮化钛涂覆层106，它是位于氮化钛涂覆层104之上。用于沉积该涂覆层106的这些加工参数实质上与用于沉积图2的MT-CVD碳氮化钛40所使用的那些是相同的。最后，该涂层方案107包括一个区108，该区包含多对碳氮氧化钛和α-氧化铝涂覆层。用于沉积该碳氮氧化钛层的这些加工参数实质上与用于沉积图2的碳氮氧化钛涂覆层44所使用的那些是相同的。用于沉积该α-氧化铝层的这些加工参数实质上与用于沉积图2的α -氧化铝涂覆层46所使用的那些是相同的。参见图4Α，显示了在基底102’上的涂层方案107’的又另一个具体实施方案100’。涂层方案107’具有一个氮化钛的基础涂覆层104’、一个碳氮化钛MT-CVD涂覆层106’、以及一个包含多对碳氮氧化钛和α-氧化铝涂覆层的区108’。涂覆层104’和106’以及区108’实质上是与图4的涂覆层104和106以及涂覆区108相同。涂层方案107’进一步包括一个氮化钛最外涂覆层110。关于用于沉积该氮化钛涂覆层的加工参数，用于沉积氮化钛涂覆层的气态混合物典型地包括(按该气态混合物的摩尔百分比计的体积，包括)=TiCl4(O. 93mol%)、N2 (18. 08mol%)以及H2 (79. llmol%)。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型温度范围包括在约800°C与约950°C之间。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个温度范围包括在约850°C与约920°C之间。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的一个优选温度等于约890°C。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约60托与约380托之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约80托与约150托之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型的持续时间范围是在约10分钟与约60分钟之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的一个替代性的持续时间范围是在约20分钟与约50分钟之间的范围内。该氮化钛涂覆层的厚度是约O. 5微米。该氮化钛涂覆层的厚度的一个范围是在约O. I微米与约2微米之间。该氮化钛涂覆层的厚度的另一个范围是在约O. 2微米与约I微米之间。参见图5，显示了在基底152上的涂层方案159的一个具体实施方案150。涂层方案159包括一个基础涂覆区154，该基础涂覆区包括多对纳米层，每个层具有的厚度是等于或小于100纳米，其中这对纳米层包括氮化钛和碳氮化钛。在该替代方案中，该基础涂覆区可以包括多对纳米层，其中这些纳米层可以是碳氮氧化钛和氮化钛，或者这些纳米层可以是碳氮氧化钛和碳氮化钛。涂层方案159进一步包括一个使用与用于沉积图2的MT-CVD碳氮化钛涂覆层40所使用的那些一样的加工参数所沉积的MT-CVD碳氮化钛涂覆层156。涂层方案159进一步包括位于MT-CVD碳氮化钛涂覆层156之上的一个碳氮氧化钛涂覆层158。用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层158的这些加工参数实质上与用于沉积图2的碳氮氧化钛涂覆层44所使用的那些是相同的。最后，该涂层方案159包括一个α-氧化铝最外涂覆层160，它是根据与用于沉积图2的α -氧化铝涂覆层46所使用的那些实质上相同的加工参数所沉积的。
参见图5Α，显示了在基底152’上的涂层方案159’的又另一个具体实施方案150’。涂层方案159’包括一个基础涂覆区154’、一个MT-CVD碳氮化钛涂覆层156’、一个位于该MT-CVD碳氮化钛涂覆层156’上的碳氮氧化钛涂覆层158’、以及一个α -氧化铝涂覆层160。这些涂覆层154’、156’、158’、以及160’实质上是与图5的涂覆层154、156、158以及160对应地相同的。图5Α的涂层方案159’进一步包括一个氮化钛最外涂覆层162。应该认识到，在一些情况下，诸位申请人考虑了通过湿喷射来去除该最外面的氮化钛涂覆层。这适用于这个实施方案以及具有氮化钛最外涂覆层的这些之前的实施方案中的任何一个。一般来说，通过对氮化钛进行湿喷射以暴露出氧化铝，该暴露出的氧化铝的应力条件从初始的拉伸应力条件变化到压缩应力条件。授予Sottke等人并且转让给宾夕凡尼亚州拉特罗布15650的肯纳金属公司的美国专利申请公布号US2011/0107679A1显示了对于在氧化铝涂覆层上的最外涂覆层进行湿喷射，即使该最外涂覆层不是氮化钛。关于用于沉积该氮化钛涂覆层的加工参数，用于沉积氮化钛涂覆层的气态混合物典型地包括(按该气态混合物的摩尔百分比计的体积，包括)=TiCl4 (O. 93mol%)、N2(18. 08mol%)以及H2 (79. llmol%)。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型温度范围包括在约800°C与约950°C之间。用该于氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个温度范围包括在约850 V与约920 V之间。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的优选温度等于约890 V。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型压力范围是在约60托与约380托之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的另一个压力范围是在约80托与约150托之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的典型的持续时间范围是在约10分钟与约60分钟之间的范围内。用于该氮化钛涂覆层的CVD沉积的一个替代性的持续时间范围是在约20分钟与约50分钟之间的范围内。该氮化钛涂覆层的厚度是约O. 5微米。该氮化钛涂覆层的厚度的一个范围是在约O. I微米与约2微米之间。该氮化钛涂覆层的厚度的另一个范围是在约O. 2微米与约I微米之间。诸位申请人考虑了，代替在该氧化铝涂覆层上使用一个氮化钛覆盖层，可以使用以下覆盖层涂层方案中的任何一项碳氮氧化钛/氮化钛；氮化钛/碳氮化钛/氮化钛；碳氮氧化钛/碳氮化钛/氮化钛；多层的碳氮氧化钛/氮化钛；以及多层的碳氮氧化钛/碳氮化钛。用于这些不同的涂覆材料的过程参数与在此针对这些材料已经说明的那些是相同的。诸位申请人进一步考虑了该涂层方案可以包括一个外涂覆层。该外涂覆层是选自下组，该组由以下各项组成氮化钛、碳化钛、碳氮化钛、氮化铪、碳化铪、碳氮化铪、氮化锆、碳化锆、以及碳氮化锆。该外涂覆层是比该碳氮氧化钛涂层更远离该基底的。以下列出了带有含碳氮氧化钛涂覆层的涂层方案的一种涂覆的切削镶片的两个具体实例。表A列出了用于氮化钛基础涂覆层、碳氮化钛的MT-CVD涂覆层、以及该碳氮氧化钛涂覆层的CVD沉积的参数。表 A生产实例编号I和2的选定涂覆层的过程步骤
步骤/参数温度(°c)|压力(托)^....."mm^存在的气体
__范围范围__(##) _1%|_
步骤 I:氮化钦基础 850-920^^80-150 45TiCi4 ( 1.04 ) > N2
层(2 .39 )、《及 H2
_____( 76,45 )_
步骤 2: MT-CVD 碳 770-900^ ^40-10 210TiCI4 ( 0.98 )、N2
「η 氮化钬涂AJr( 26.17 )、CHiCN
L 」(0.61), HCI(IJS).
__以及 H2 (71.19)
__________ __ _ __________
(27.11 ) , CH3CN(0.05 )、CH4 (4.52 )、HCK 1.81 )、CO( (L1J k____ 以及 H2 (63.26)图6是来自本发明的实例编号I的碳氮氧化钛涂层表面通过扫描电子显微镜(SEM)获取的显微照片，并且该显微照片具有10微米的刻度。对该显微照片(图4)的检查显示，形成了平均长度是I. 85 μ m、平均宽度是O. 94 μ m、并且平均长宽比是2. 05的晶须结构。这些平均值是根据以下技术来确定的在视野上随机画一条线并且将被这条线截断的这些晶粒用于测量其长度和宽度，这可以用于计算长宽比(长宽比=长度/宽度)。将这个程序重复以获得五张照片。然后将所有被截断的晶粒的长宽比进行平均，作为最终的长宽比。图7是来自现有技术的碳氮氧化钛涂层表面通过扫描电子显微镜(SEM)获取的显微照片，并且该显微照片具有5微米的刻度。对该显微照片(图5)的检查显示，形成了比本发明的这些样品细得多的晶须结构，并且其平均长度是O. 3 μ m、平均宽度是O. 06 μ m、并且平均长宽比是5. 83。这些平均值是根据以下技术来确定的在视野上随机画一条线并且将被这条线截断的这些晶粒用于测量其长度和宽度，这可以用于计算长宽比(长宽比=长度/宽度)。将这个程序重复以获得五张照片。然后将所有被截断的晶粒的长宽比进行平均，作为最终的长宽比。由于现有技术的结构更细，在这种情况下选择20，000X的放大倍率以及等于5微米乘6微米的视野。图8是来自本发明的实例编号2的碳氮氧化钛涂层表面通过扫描电子显微镜(SEM)获取的另一个显微照片，并且该显微照片具有5微米的刻度。对该显微照片(图6)的检查显示，形成了具有的平均长度是I. 54μπκ平均宽度是O. 49 μ m、并且平均长宽比是3.22的晶须结构。诸位申请人考虑到了，一种涂覆的切削镶片可以包括这样的基底，该基底具有直接沉积在该基底表面上的碳氮氧化钛涂覆层。在该碳氮氧化钛涂覆层的表面上沉积了以下涂层覆盖层中的一个或多个氮化钛、或碳氮化钛、或α-氧化铝。该碳氮氧化钛涂覆层和该涂层覆盖层的总厚度是在约3微米与约4微米之间。该碳氮氧化钛涂覆层具有的厚度是在约O. 5微米与约I微米之间。该涂层覆盖层具有的厚度是在约2微米与约3微米之间。使用湿式车削周期中断的操作作为一种金属切削测试来将本发明的切削镶片与常规的切削镶片进行比较。该测试具有以下参数切削镶片CNMA432 ;工件材料80-55-06球墨铸铁；速度等于656表面英尺/分钟(sfm) [200表面米/分钟]、给进速率等于O. 004英寸[O. I毫米]/转，并且切削深度等于O. 08英寸[2. O毫米]且导程角等于-5度。射流冷却剂。每周期分钟数1. 01分钟，以及每周期的遍数等于18。用于本发明的切削镶片和常规切削镶片的基底是具有6wt%Co的WC。用于沉积本发明的涂层方案的过程在下表B中示出，其中步骤2A和2B重复4次。 表B生产用于本发明实例的选定涂覆层的过程步骤
权利要求
1.一种用于制造涂覆的切削镶片的方法，包括以下步骤 提供具有一个表面的基底； 用一种气态混合物通过化学气相沉积来沉积一个碳氮氧化钛涂覆层，该气态混合物包含: 氮气，存在的量值是在约5摩尔百分比与约40摩尔百分比之间， 甲烷，存在的量值是在约O. 5摩尔百分比与约8. O摩尔百分比之间， 氯化氢，任选地存在的量值为高达约5. O摩尔百分比， 四氯化钛，存在的量值是在约O. 2摩尔百分比与约3. O摩尔百分比之间， 乙腈，存在的量值是在约O. 02摩尔百分比与约O. 15摩尔百分比之间， 一氧化碳，存在的量值是在约O. 4摩尔百分比与约2. O摩尔百分比之间，以及 氢气，存在的量值是在约41. 85摩尔百分比与约93. 88摩尔百分比之间。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物包含存在的量值在约10摩尔百分比与约35摩尔百分比之间的氮气，存在的量值在约I摩尔百分比与约6. O摩尔百分比之间的甲烷，任选地存在的量值为高达约4. O摩尔百分比的氯化氢，存在的量值在约O. 5摩尔百分比与约2. 5摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约O. 02摩尔百分比与约O. I摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约O. 4摩尔百分比与约I.8摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约50. 6摩尔百分比与约88. 08摩尔百分比之间的氢气。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物包含存在的量值在约15摩尔百分比与约30摩尔百分比之间的氮气，存在的量值在约I摩尔百分比与约5. O摩尔百分比之间的甲烷，任选地存在的量值为高达约3. O摩尔百分比的氯化氢，存在的量值在约O. 5摩尔百分比与约2. O摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约O. 02摩尔百分比与约O. 08摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约O. 40摩尔百分比与约I. 5摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约58. 87摩尔百分比与约83. 08摩尔百分比之间的氢气。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物包含存在的量值等于约25. 4摩尔百分比的氮气，存在的量值等于约I. 7摩尔百分比的甲烷，存在的量值等于约I. 4摩尔百分比的氯化氢，存在的量值等于约O. 7摩尔百分比的四氯化钛，存在的量值等于约O. 03摩尔百分比的乙腈，存在的量值等于约O. 6摩尔百分比的一氧化碳，以及存在的量值等于约70. 2摩尔百分比的氢气。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，该沉积步骤是在等于约800°C与约950°C之间的温度以及等于约60托与约500托之间的压力下发生。
6.根据权利要求I所述的方法，其中，该沉积步骤是在等于约895°C与约925°C之间的温度以及等于约120托与约400托之间的压力下发生。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物包含存在的量值在约26摩尔百分比与约28摩尔百分比之间的氮气，存在的量值在约4摩尔百分比与约5摩尔百分比之间的甲烷，存在的量值在约I. 6摩尔百分比与约2. O摩尔百分比之间的氯化氢，存在的量值在约O. 7摩尔百分比与约I. O摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约O. 04摩尔百分比与约O. 06摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约O. 7摩尔百分比与约I. I摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约62. 84摩尔百分比与约66. 96摩尔百分比之间的氢气。
8.根据权利要求I所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物包含存在的量值等于约27摩尔百分比的氮气，存在的量值等于约4. 5摩尔百分比的甲烷，存在的量值等于约I. 8摩尔百分比的氯化氢，存在的量值等于约O. 8摩尔百分比的四氯化钛，存在的量值等于约O. 05摩尔百分比的乙腈，存在的量值等于约O. 9摩尔百分比的一氧化碳，以及存在的量值等于约64. 9摩尔百分比的氢气。
9.根据权利要求I所述的方法，其中，该沉积步骤以约25分钟与约150分钟之间的持续时间发生。
10.根据权利要求I所述的方法，进一步包括以下步骤沉积一个或多个中间涂覆层，其中这些中间涂覆层是选自下组，该组由以下各项组成氮化钛、碳化钛、碳氮化钛、氮化 铪、碳化铪、碳氮化铪、氮化锆、碳化锆、以及碳氮化锆，其中该中间涂覆层是介于该基底与该碳氮氧化钛涂层之间的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，该中间涂覆层是氮化钛，并且该方法进一步包括沉积一种包含多对涂覆层的涂层序列，其中每对涂覆层包括该碳氮化钛涂覆层和该碳氮氧化钛涂覆层。
12.根据权利要求I所述的方法，进一步包括以下步骤在该碳氮氧化钛涂覆层上沉积一个氧化铝涂覆层。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤在该氧化铝涂覆层上沉积一个外部覆盖层涂层方案区，该外部覆盖层涂层方案区包含以下外部覆盖层涂层方案之一(A)碳氮氧化钛涂覆层和氮化钛涂覆层的一个涂层序列；(B) —个氮化钛涂覆层和碳氮化钛涂覆层以及氮化钛涂覆层的一个涂层序列；(C) 一个碳氮氧化钛涂覆层和碳氮化钛涂覆层以及氮化钛涂覆层的一个涂层序列；(D)多个涂层组，其中每个涂层组包括一个碳氮氧化钛涂覆层和一个氮化钛涂覆层；(E)多个涂层组，其中每个涂层组包括一个碳氮氧化钛涂覆层和一个碳氮化钛涂覆层；以及(F) —个氮化钛涂覆层。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤在该氧化铝涂覆层上沉积一个氮化钛外涂覆层。
15.根据权利要求I所述的方法，其中，该碳氮氧化钛涂覆层包含的碳氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、大于约I. O μ m的平均长度、大于约O. 2 μ m的平均宽度、以及大于约2. O的平均长宽比。
16.根据权利要求I所述的方法，其中，该碳氮氧化钛涂覆层包含的碳氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、在约I. 5μπι与约I. 9μπι之间的平均长度、约O. 49 μ m与约O. 94 μ m之间的平均宽度、约2. O与约3. 3之间的平均长宽比。
17.根据权利要求I所述的方法，其中，该沉积步骤将该碳氮氧化钛沉积在该基底的表面上。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括以下步骤在该碳氮氧化钛涂覆层上沉积以下涂层覆盖层之一氮化钛或碳氮化钛或α-氧化铝，其中该涂层覆盖层具有的厚度是在约I微米与约3微米之间。
19.根据权利要求I所述的方法，进一步包括以下步骤沉积一个包括多对交替纳米层的基础涂覆区，该纳米层是选自下组，该组由以下各项组成氮化钛和碳氮化钛；碳氮氧化钛和氮化钛；以及碳氮氧化钛和碳氮化钛。
20.一种涂覆的切削键片，包括 一个具有表面的基底； 在该基底的表面上的一个涂层方案 该涂层方案包括一个碳氮氧化钛涂覆层，其中该碳氮氧化钛包含的碳氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、大于约I. O μ m的平均长度、大于约O. 2 μ m的平均宽度、以及大于约2. O的平均长宽比。
21.根据权利要求20所述的涂覆的切削镶片，其中，该碳氮氧化钛涂覆层包含的碳氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、在约1.5μπι与约1.9μπι之间的平均长度、约.O. 49 μ m与约O. 94 μ m之间的平均宽度、约2. O与约3. 3之间的平均长宽比。
22.根据权利要求20所述的涂覆的切削镶片，其中，该涂层方案进一步包括一个碳氮化钛涂覆层，该碳氮氧化钛涂覆层是在该碳氮化钛涂覆层之上；一个氮化钛涂覆层，并且该碳氮化钛涂覆层是在该氮化钛涂覆层之上；一个氧化铝涂覆层，是在该碳氮氧化钛涂覆层之上；以及一个氮化钛外涂覆层，是在该氧化铝涂覆层之上。
23.根据权利要求20所述的涂覆的切削镶片，其中，该涂层方案进一步包括一个包含多对涂覆层的多层涂覆区，并且其中每对涂覆层包括一个碳氮化碳涂覆层以及该碳氮氧化钛涂覆层，该涂层方案进一步包括一个氮化钛涂覆层，其中该多层涂覆区是位于该氮化钛涂覆层之上，并且该涂层方案进一步包括在该多层涂覆区上的一个氧化铝涂覆层；并且该涂层方案进一步包括在该氧化铝涂覆层上的一个氮化钛涂覆层。
24.根据权利要求20所述的涂覆的切削镶片，其中，该碳氮氧化钛具有化学式Ti (OxCyNz)，其中X的范围是在约O. 005与约O. 15之间，y的范围是在约O. 3与约O. 8之间，并且z的范围是在约O. 2与约O. 8之间。
25.根据权利要求20所述的涂覆的切削镶片，其中，该碳氮氧化钛具有化学式Ti (OxCyNz)，其中X的范围是在约O. 01与约O. I之间，y的范围是在约O. 3与约O. 6之间，并且z的范围是在约O. 3与约O. 7之间。
26.根据权利要求20所述的涂覆的切削镶片，其中，该涂层方案进一步包括一个中间涂覆层，其中该中间涂覆层是选自下组，该组由以下各项组成氮化钛、碳化钛、碳氮化钛、氮化铪、碳化铪、碳氮化铪、氮化锆、碳化锆、以及碳氮化锆，其中该中间涂覆层是介于该基底与该碳氮氧化钛涂层之间的。
27.根据权利要求20所述的涂覆的切削镶片，其中，该涂层方案进一步包括一个外涂覆层，并且该外涂覆层是选自下组，该组由以下各项组成氮化钛、碳化钛、碳氮化钛、氮化铪、碳化铪、碳氮化铪、氮化锆、碳化锆、以及碳氮化锆，其中该外涂覆层是比该碳氮氧化钛涂层更远离该基底。
28.根据权利要求20所述的涂覆的切削镶片，其中，该基底是选自下组，该组由以下各项组成烧结碳化物、陶瓷、多晶立方硼化物(PcBN)、以及金属陶瓷。
29.根据权利要求20所述的涂覆的切削镶片，进一步包括在该碳氮氧化钛涂覆层上的一个氧化铝涂覆层。
30.根据权利要求29所述的涂覆的切削镶片，进一步包括在该氧化铝涂覆层上的一个包含以下外部覆盖层涂层方案之一的外部覆盖层涂层方案区(A)碳氮氧化钛涂覆层和氮化钛涂覆层的一个涂层序列；(B)氮化钛涂覆层和碳氮化钛涂覆层以及氮化钛涂覆层的一个涂层序列；(C)碳氮氧化钛涂覆层和碳氮化钛涂覆层以及氮化钛涂覆层的一个涂层序列；(D)多个涂层组，其中每个涂层组包括一个碳氮氧化钛涂覆层和一个氮化钛涂覆层；(E)多个涂层组，其中每个涂层组包括一个碳氮氧化钛涂覆层和一个碳氮化钛涂覆层；以及(F) —个氮化钛涂覆层。
31.一个涂覆的切削镶片，是通过包括以下步骤的方法所生产的 提供具有一个表面的基底； 由一种气态混合物通过化学气相沉积来沉积一个碳氮氧化钛涂覆层，该气态混合物包含 氮气，存在的量值是在约5摩尔百分比与约40摩尔百分比之间， 甲烷，存在的量值是在约O. 5摩尔百分比与约8. O摩尔百分比之间， 氯化氢，任选地存在的量值为高达约5. O摩尔百分比， 四氯化钛，存在的量值是在约O. 2摩尔百分比与约3. O摩尔百分比之间， 乙腈，存在的量值是在约O. 02摩尔百分比与约O. 15摩尔百分比之间， 一氧化碳，存在的量值是在约O. 4摩尔百分比与约2. O摩尔百分比之间，以及 氢气，存在的量值是在约41. 85摩尔百分比与约93. 88摩尔百分比之间。
32.根据权利要求31所述的涂覆的切削镶片，其中，该碳氮氧化钛涂覆层包含的碳氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、大于约I. O μ m的平均长度、大于约O. 2 μ m的平均宽度、以及大于约2. O的平均长宽比。
33.根据权利要求31所述的涂覆的切削镶片，其中，该碳氮氧化钛涂覆层包含的碳氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、在约I. 5 μ m与约I. 9 μ m之间的平均长度、约O.49 μ m与约O. 94 μ m之间的平均宽度、约2. O与约3. 3之间的平均长宽比。
34.根据权利要求31所述的涂覆的切削镶片，其中，该沉积步骤将该碳氮氧化钛沉积在该基底的表面上；并且该方法进一步包括以下步骤在该碳氮氧化钛涂覆层上沉积以下涂层覆盖层之一氮化钛或碳氮化钛或α -氧化铝，其中该涂层覆盖层具有的厚度是在约I微米与约3微米之间。
全文摘要
本发明涉及具有碳氮氧化钛涂层的切削镶片及其制造方法。一种用于制造涂覆的切削镶片的方法以及该涂覆的切削镶片，该方法包括以下步骤提供具有一个表面的基底，并且沉积一个碳氮氧化钛的CVD涂覆层。用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物具有的组成为氮气、甲烷、氯化氢、四氯化钛、乙腈、一氧化碳、以及氢气。该碳氮氧化钛涂覆层包含的碳氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、大于约1.0μm的平均长度、大于约0.2μm的平均宽度、以及大于约2.0的平均长宽比。
文档编号B23B27/14GK102965639SQ20121030425
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月24日 优先权日2011年8月29日
发明者小阿尔弗雷德·S·盖茨, 班志刚 申请人:钴碳化钨硬质合金公司