专利名称：硬质多层涂层,和包括该硬质多层涂层的硬质多层涂覆工具的制作方法
技术领域：
本申请一般的涉及一种硬质多层涂层，并尤其涉及其耐热性和耐磨性优异的硬质多层涂层。
背景技术：
TiAlN作为硬质涂层而广泛使用的，其被布置在诸如由高速工具钢、硬质合金或其他材料制成的工具基体之类的主体的表面上。近年，如JP-2003-71610A和JP-2000-308906A(在2003年和2000年公开的未审查日本专利申请的公开文本)中所公开的，建议TiAlCrN和TiAl(SiC)N作为硬质涂层作此用途。
TiAlCrN和TiAl(SiC)N的每一种具有高于TiAlN的涂层硬度和氧化起始温度，如图7中所示，并因此具有优异的耐热性和耐磨性。然而，TiAlCrN的氧化起始温度大约为900℃，并低于TiAl(SiC)N的氧化起始温度。TiAl(SiC)N的涂层硬度(HV0.025)大约为3000，并低于TiAlCrN的涂层硬度。就是说，硬质涂层仍然具有改进的空间，尤其是，鉴于所提供的涂层用于覆盖在高速下加工高硬度材料的工具基体。
发明内容
鉴于上述现有技术的背景而产生本发明。因此本发明的第一目的是提供一种具有进一步提高的耐热性和耐磨性的硬质多层涂层。该第一目的可通过以下描述的本发明的第一至第四方面中的任一方面而获得。本发明的第二目的在于提供一种硬质多层涂覆的工具，其包括具有进一步提高的耐热性和耐磨性的硬质多层涂层。该第二目的可根据以下描述的本发明的第五方面来获得。
本发明的第一方面提供一种被布置在主体上的硬质多层涂层，包括(a)与主体保持接触布置的第一涂层，第一涂层基本上由TiAlCrX1-aNa(其中“X”表示碳和氧的其中一种，而“a”表示满足0.5≤a≤1的混合晶体率)构成；(b)布置在第一涂层上的第二涂层，第二涂层由基本上由TiAlCrX1-bNb(其中“X”表示碳和氧的其中一种，而“b”表示满足0.5≤b≤1的混合晶体率)和TiAl(SiC)X1-cNc(其中“X”表示碳和氧的其中一种，而“c”表示满足0.5≤c≤1的混合晶体率)构成的混合物层提供，或由包括基本上由TiAlCrX1-bNb构成的第一分层和基本上由TiAl(SiC)X1-cNc构成的第二分层的多层提供，第一和第二分层彼此交替重叠；和(c)布置在第二涂层上并且构成硬质多层涂层的最上或最外层的第三涂层，第三涂层基本上由TiAl(SiC)X1-dNd(其中“X”表示碳和氧的其中一种，而“d”表示满足0.5≤d≤1的混合晶体率)构成。
根据本发明的第二方面，在本发明的第一方面中所限定的硬质多层涂层中，第一涂层具有从1.0μm至5.0μm的厚度，其中第二和第三涂层的厚度的和与第一涂层的厚度的比为从0.1至1.0，并且其中第一、第二和第三涂层的厚度的和为从1.1μm至10μm。
根据本发明的第三方面，在本发明的第二方面中限定的硬质多层涂层中，第三涂层的厚度与第二涂层的厚度的比为从1.0至20。
根据本发明的第四方面，在本发明的第一至第三方面的任一方面所限定的硬质多层涂层中，混合晶体率a，b，c，d所有的均彼此相同。
本发明的第五方面提供了一种硬质多层涂覆的工具，包括本发明的第一至第四方面的任一方面所限定的硬质多层涂层；和具有被该硬质多层涂层涂覆的表面的基体。
在本发明的第一至第四方面的任一方面所限定的硬质多层涂层中，构成最上或最外第三涂层的TiAl(SiC)X1-dNd由于其氧化起始温度足够高而具有优异的耐热性，构成第一涂层的TiAlCrX1-aNa具有足够高的涂层硬度，而由混合物层提供或由基本上包括与第一和第三涂层相同成分的多层提供的第二涂层布置在第一和第三涂层之间。这种结构在第一至第三涂层之间提供了高粘附度，以致为第一至第三涂层作为整体提供了优异耐热性和耐磨性。因此，由于提高的耐热性和耐磨性，本发明第五方面的、具有在其表面覆有这种硬质多层涂层的基体的硬质多层涂覆工具可高速地切割或机械加工高硬度材料。
在本发明的第二方面中所限定的硬质多层涂层中，第一涂层的厚度不小于1.0μm并不大于5.0μm，第二和第三涂层的厚度的和与第一涂层的厚度的比为不小于0.1并不大于1.0，并且第一、第二和第三涂层的厚度的总和不小于1.1μm并不大于10μm。在这种方案中，由于具有相对高的硬度的第一涂层的存在而限制了作为整体的涂层的变形，并由于第三涂层的进一步增加的粘附度而令人满意地防止了涂层的削蚀(chipping)和剥落(peeling)。
在本发明的第三方面中所限定的硬质多层涂层中，第三涂层的厚度与第二涂层的厚度的比为从1.0至20。因此，由于第三涂层的厚度相对较大，作为整体的硬质多层涂层通过第三涂层的存在而给出增加的耐热性。
在本发明的第四方面所限定的硬质多层涂层中，混合晶体率a，b，c，d都彼此相同。这种方案，例如，当硬质多层涂层由电弧离子涂覆法形成时，排除了在涂层的形成期间转换反应气体等的必要，因此利于涂层的制造，并使得有可能可靠地获得具有预定混合晶体率的涂层。
本发明可有利地应用到用来覆盖任何机械加工工具的基体的硬质多层涂层上，所述机械加工工具可相对于工件移动从而对工件进行机械加工，例如旋转切削工具(例如端铣刀，钻，丝锥以及切丝板牙)，非旋转切削工具(例如固定在用于车床操作的刀架上的可更换刀片)以及设计成通过将工件塑性变形而将工件成形为要求形状的冷成型工具。另外，本发明也可应用到作为表面保护涂层提供的硬质多层涂层上来覆盖主体，或应用到除了上述机械加工工具之外的部件上。要注意的是，被硬质多层涂层涂覆的机械加工工具的基体优选由硬质合金或高速工具钢制成。然而，工具基体也可由任何其他金属材料制成。
作为根据本发明的形成硬质多层涂层的方法，有利地采用电弧离子涂覆法。然而，也可采用其他诸如溅射法之类的物理气相沉积(PVD)法，或可选择的，例如等离子体CVD法和热CVD法之类的化学气相沉积(CVD)法。
第一涂层的X1-aNa(其中“X”表示碳(C)和氧(O)的其中一种，而“a”表示满足0.5≤a≤1的混合晶体率)在a＝1时是氮化物，并且在0.5≤a＜1时是氧氮化物或碳氮化物。第二涂层的X1-bNb，X1-cNc和第三涂层X1-dNd的也可如此。混合晶体率a，b，c，d可都彼此相同，如本发明的第四方面。然而，混合晶体率a，b，c，d也可彼此不相同，例如，通过可选的在硬质多层涂层形成期间允许或抑制成分X的反应气体的导入。此外，成分X除了碳(C)或氧(O)之外可包括其他元素，例如不会影响到每一涂层的性能的不可避免的杂质元素。
第二涂层可由基本上由TiAlCrX1-bNb和TiAl(SiC)X1-cNc构成的混合物层提供，或可选的由包括基本上由TiAlCrX1-bNb构成的第一分层和基本上由TiAl(SiC)X1-cNc构成的第二分层的多层提供，第一和第二分层彼此交替重叠。第二涂层的TiAlCrX1-bNb和TiAl(SiC)X1-cNc的组成可分别与第一涂层的TiAlCrX1-aNa和第三涂层的TiAl(SiC)X1-dNd的组成相同(a＝b，c＝d)。然而，第二涂层的TiAlCrX1-bNb和TiAl(SiC)X1-cNc的组成也可不同于第一涂层的TiAlCrX1-aNa和第三涂层的TiAl(SiC)X1-dNd的组成(a≠b，c≠d)。
当由混合物层提供第二涂层时，可适宜地确定在TiAlCrX1-bNb和TiAl(SiC)X1-cNc之间的混合率，例如，使得在其之间的混合率为1∶1。此外，混合物层的构成可具有连续地或逐步地改变的混合率。混合率可被改变，例如，使得在第二涂层的上部的TiAlCrX1-bNb与TiAl(SiC)X1-cNc的比率高于在第二涂层的下部的比率。在混合物层中，X1-bNb与X1-cNc相同(X1-bNb＝X1-cNc)，以致混合晶体率b，c彼此相等。
当第二涂层由包括彼此交替重叠的第一分层(TiAlCrX1-bNb)和第二分层(TiAl(SiC)X1-cNc)的多层提供时，可适宜的确定在第一分层的厚度和第二分层的厚度之间的比率，例如，使得在其之间的混合率为1∶1。此外，多层可构造为具有连续地或逐渐地改变的混合率。混合率可被改变，例如，使得在第二涂层上部的TiAl(SiC)X1-cNc的厚度与TiAlCrX1-bNb的厚度的比率高于在第二涂层的下部的比率。
在本发明的第二方面中限定的硬质多层涂层中，第一涂层的厚度不小于1.0μm并不大于5.0μm，第二和第三涂层的厚度的和与第一涂层的厚度的比为不小于0.1并不大于1.0，并且第一、第二和第三涂层的厚度的总和不小于1.1μm并不大于10μm。在本发明的第三方面限定的硬质多层涂层中，第三涂层的厚度与第二涂层的厚度的比为从1.0至20。然而，本发明的第一方面可在不满足第一至第三涂层的每一涂层厚度的这些条件的情况下实现。就是说，即使没有满足上述条件，本发明的第一方面提供的硬质多层涂层还是表现出比基本上由TiAlCrN和TiAl(SiC)N构成的常规单层(单一层)更高的耐热性和耐磨性。由于提高的耐热性和耐磨性，包括涂覆有这种硬质多层涂层的基体的硬质多层涂覆工具可在高速下切削或机械加工高硬度材料。
如果第一涂层的厚度小于1.0μm，硬质多层涂层的耐磨性不足。如果第一涂层的厚度大于5.0μm，则韧性(不脆性)降低，为此可轻易地导致削蚀和剥落。如果第二和第三涂层的厚度的和与第一涂层的厚度的比小于0.1时，硬质多层涂层将不会具有足够的耐热性。如果第二和第三涂层的厚度的和与第一涂层的厚度的比大于1.0时，则涂层硬度会降低，借此耐磨性会恶化。此外，如果第三涂层的厚度与第二涂层的厚度的比小于1.0，则硬质多层涂层会不具有足够的耐热性。如果第三涂层的厚度与第二涂层的厚度的比大于20，则涂层硬度会降低，借此耐磨性会恶化。硬质多层涂层的特性的改变，例如，取决于第二涂层的组成，举例来说，TiAlCrX1-bNb和TiAl(SiC)X1-cNc之间的混合率。
通过参考附图阅读本发明的现有优选实施方案的详细说明，会更好地理解该发明的上述以及其他目的、特征、优点以及技术和工业意义，其中图1A是为端铣刀形式的硬质多层涂覆工具的正视图，其为根据本发明的实施方式构造；图1B是图1A的端铣刀的切削齿部分的横截面图，示出了布置在端铣刀的基体上的硬质多层涂层；图2是通过实例示意地示出了电弧型离子涂覆装置的视图，该装置可有利地用于形成图1B中所示的硬质多层涂层；图3是图解了通过利用图2中的装置形成硬质多层涂层的工序的流程图；图4是一表格，示出了根据本发明构成的硬质多层涂层的各种实例，并指示了对相应实例实施的测试的结果，该测试用于检测每一实例的耐磨性；图5是一表格，示出了根据本发明构成的硬质多层涂层的其他实例，并指示了对相应实例实施的测试的结果，该测试用于检测所述每一实例的耐磨性；图6是一表格，示出了与图4和5的实例对比的硬质多层涂层的比较例，并且指示了对相应比较例实施的测试的结果，这些测试用于检测每一比较例的耐磨性。
图7是一示出了TiAlCrN，TiAl(SiC)N和TiAlN的涂层特性的表格。
具体实施例方式
图1A是为端铣刀10形式的硬质多层涂覆工具的正视图，其为根据本发明的实施方式构造。端铣刀10包括具有通常为圆柱形并由硬质合金形成的工具基体(主体)12。工具基体12具有彼此整体成型的切削齿部分14和柄部分15。其中形成有螺旋槽和切削齿的切削齿部分14具有涂覆有硬质多层涂层20的表面。在图1A中，划斜线部分表示涂覆有硬质多层涂层20的表面的一部分。每一切削齿具有外齿根面(flank face)，底或端齿根面和由其中一个相应螺旋槽提供的倾斜面(rake face)，使得在每一切削齿上形成外切削刃16和底或端切削刃18。外切削刃16由倾斜面和外齿根面的相交线限定，而端切削刃18由倾斜面和端齿根面的相交线限定。在利用该端铣刀10的切削减切工序中，端铣刀10绕自身轴线旋转借此工件被切削刃16，18所切割。
从图1B即涂覆有硬质多层涂层20的切削齿部分14的横截面图可以清楚的是，硬质多层涂层20由第一涂层22、第二涂层24和第三涂层26构成，这些涂层以所描述的顺序彼此重叠在工具基体12的表面上。第一涂层22基本上由TiAlCrX1-aNa(其中“X”表示碳或氧，而“a”表示满足0.5≤a≤1的混合晶体率)构成，并且布置成与工具基体12的外表面保持接触a第二涂层24由基本上由TiAlCrX1-bNb(其中“b”表示满足0.5≤b≤1的混合晶体率)和TiAl(SiC)X1-cNc(其中“c”表示满足0.5≤c≤1的混合晶体率)构成的混合物层提供，或由包括基本上由TiAlCrX1-bNb构成的第一分层和基本上由TiAl(SiC)X1-cNc构成的第二分层的多层提供，第一和第二分层彼此交替重叠。当第二涂层24由混合物层提供时，混合晶体率b，c彼此相等。第三涂层26基本上由TiAl(SiC)X1-dNd(其中“d”表示满足0.5≤d≤1的混合晶体率)构成，并构成硬质多层涂层20的最上或最外层。
尽管每一混合晶体率a，b，c，d可适当的设置在从0.5至1的范围内，但是混合晶体率a，b，c，d也可设置成彼此相等。在图4的实例1-14和图5的实例27-33中，每一混合晶体率a，b，c，d为1.0，以致第一、第二和第三涂层22，24，26的每一为不包括氧和碳的氮化物。在图4的实例15，每一混合晶体率a，b，c，d为0.5，以致第一、第二和第三涂层22，24，26的每一为包括作为组分X的碳的碳氮化物。在图4的实例16中，混合晶体率a为0.8，这样第一涂层22为包括作为X组分的碳的碳氮化物，而每一混合晶体率b，c，d为1.0，以致第二和第三涂层24，26的每一为仅由氮构成的氮化物。在图4的实例17中，每一混合晶体率a，b，c为0.9，这样第一和第二涂层22，24的每一为包括作为X组分的碳的碳氮化物，而混合晶体率d为1.0，以致第三涂层26为仅由氮构成的氮化物。在图4的实例18中，每一混合晶体率b和c为0.6，这样第二涂层24为包括作为X组分的碳的碳氮化物，而每一混合晶体率a，d为1.0，以致第一和第三涂层22，26的每一为仅由氮构成的氮化物。在图4的实例19中，每一混合晶体率b，c，d为0.8，这样第二和第三涂层24，26的每一为包括作为X组分的碳的碳氮化物，而混合晶体率a为1.0，以致第一涂层22为仅由氮构成的氮化物。在图4的实例20中，混合晶体率d为0.5，这样第三涂层26为包括作为X组分的碳的碳氮化物，而每一混合晶体率a，b，c为1.0，以致第一和第二涂层22，24的每一为仅由氮构成的氮化物。
在图4的实例21中，每一混合晶体率a，b，c，d为0.5，这样第一，第二和第三涂层22，24和26的每一为包括作为X组分的氧的氮氧化物。在图4的实例22中，混合晶体率a为0.7，这样第一涂层22为包括作为X组分的氧的氮氧化物，而每一混合晶体率b，c，d为1.0，以致第二和第三涂层24，26的每一为仅由氮构成的氮化物。在图4的实例23中，每一混合晶体率a，b，c为0.6，这样第一和第二涂层22，24为包括作为X组分的氧的氮氧化物，而混合晶体率d为1.0，以致第三涂层26为仅由氮构成的氮化物。在图4的实例24中，每一混合晶体率b和c为0.8，这样第二涂层24为包括作为X组分的氧的氮氧化物，而每一混合晶体率a，d为1.0，以致第一和第三涂层22，26的每一为仅由氮构成的氮化物。在图4的实例25中，每一混合晶体率b，c，d为0.9，这样第二和第三涂层24，26为包括作为X组分的氧的氮氧化物，而混合晶体率a为1.0，以致第一涂层22为仅由氮构成的氮化物。在图4的实例26中，混合晶体率d为0.7，这样第三涂层26为包括作为X组分的氧的氮氧化物，而每一混合晶体率a，b，c为1.0，以致第一和第二涂层22，24的每一为仅由氮构成的氮化物。
第一涂层22的厚度优选在从1.0μm至5.0μm的范围。第一涂层22的厚度与第二和第三涂层24，26的厚度和的比优选在从1∶0.1至1∶1.0。第二涂层24的厚度与第三涂层26的厚度之间的比优选在从1∶1.0至1∶10。第一、第二和第三涂层22，24，26的厚度和优选在从1.1μm至10μm的范围内。图4的实例1-26均满足这些有关每一涂层22，24，26的厚度的条件。在图5的实例27-29中，第一涂层22的厚度小于1.0μm。在图5的实例28中，第三涂层26的厚度与第二涂层24的厚度的比小于1.0。在图5的实例30中，第二和第三涂层24，26的厚度和与第一涂层22的厚度之比大于1.0，而第三涂层26的厚度与第二涂层24的厚度之比大于20。在图5的实例31中，第二和第三涂层24，26的厚度和与第一涂层22的厚度之比小于0.1。在图5的实例32中，第一涂层22的厚度大于5.0μm。在图5的实例33中，第一涂层22的厚度大于5.0μm，而第一、第二和第三涂层22，24，26的厚度总和大于10μm。
在图4和5中，“涂层组成”利用插入其中的“+”顺序地表示了第一，第二和第三涂层22，24，26的组成。“1∶(2+3)厚度比”表示第一涂层22的厚度与第二和第三涂层24，26的厚度和之间的比。“2∶3厚度比”表示第二涂层24的厚度和第三涂层26的厚度之间的比。
图2是通过实例示意地示出了电弧型离子涂覆装置30的视图，该装置可有利地用于形成硬质多层涂层20。电弧型离子涂覆装置30包括用于固定大量呈基体12形式的中间产品的固定件32，每一基体还没有涂覆硬质多层涂层20并具有已经形成在其中的外和端切削刃16，18；用于绕旋转轴线旋转固定件32的旋转装置34，所述旋转轴线基本上在垂直方向上延伸；用于将负偏压施加到基体12上的偏压电源36；呈室38形式的加工容器，所述容器中容纳基体12；第一和第二电弧放电电源44，46；用于将反应气体供应到室38中的反应气供应装置40；和用于利用，例如真空泵吸除反应器22内部的气体以减小室38内部的压力的真空装置42。固定件32由具有中心在上述旋转轴线处的圆柱和棱柱构件构成。大量基体12被固定件32固定，以致于每一基体12基本上保持水平姿势，同时切削齿部分14沿固定件32的径向向外凸出。反应气供应装置40配置有罐，在罐中分别存储有氮气(N2)，烃气体(CH4，C2H2，等)和氧气(O2)。反应气供应装置40适合于根据第一，第二和第三涂层22，24，26的每一涂层想要的组成被激活。即，反应气供应装置40在当想要的成分为氮时仅从相应的罐中供应氮气。当想要的组成为碳氮时，装置40根据混合晶体率a，b，c，d从相应罐供应氮气和烃气体。当想要的组成为氮氧化物时，装置40根据混合晶体率a，b，c，d从相应罐供应氮气和氧气。
第一电弧放电电源44连接到呈第一阴极48形式的蒸发源，第一阴极由对应于第一和第二涂层22，24的组分的TiAlCr构成，第一电弧放电电源44，同时也连接到第一阳极50。第一电弧放电电源44用于在第一阴极48和第一阳极50之间供应预定量的电弧电流，用于引起它们之间的电弧放电，以致于TiAlCr从第一阴极48蒸发。蒸发的TiAlCr变成金属离子(正离子)，并且然后粘附在基体12上，通过偏压电源36将负偏压施加在基体12上。类似的，第二电弧放电电源46连接到呈第二阴极52形式的另一蒸发源，第二阴极52由对应于第二和第三涂层24，26的成分的TiAl(SiC)构成，第二电弧放电电源46还连接到第二阳极54。第二电弧放电电源46用于在第二阴极52和第二阳极54之间供应预定量的电弧电流，用于在其间引起电弧放电，这样TiAl(SiC)从第二阴极52上蒸发。蒸发的TiAl(SiC)变成金属离子(正离子)，并然后粘附到基体12上，通过偏压电源36将负偏压施加到基体12上。
图3是图解了通过利用电弧型离子涂覆装置30在基体12的切削齿部分14的表面上形成硬质多层涂层20的工序的流程图。在执行步骤S1-S3之前，室38内部的压力通过反应气供应装置40和真空装置42被保持在预定值(范围在例如从1.33×5×10-1Pa至1.33×40×10-1Pa)，同时通过偏压电源36将预定值的负偏压(范围在例如，从-50V至-150V)施加到基体12上。在这种情况下，真空装置42在室30内产生真空，并且同时反应气供应装置40将反应气供应到室30中，于是将室30内的压力保持在上述的预定值。然后执行步骤S1-S3，使旋转装置34被激活以在预定的转数(例如，3min-1)旋转固定件32，以致硬质多层涂层20在基体12上形成。硬质多层涂层20的这种形成在包括计算机的控制装置的控制下实施。
在步骤S1中，当第二电弧放电电源46保持关闭时，第一电弧放电电源44保持开启使得电弧电流供应到第一阴极48和第一阳极50之间因此导致仅第一阴极48被蒸发，这样基本上由TiAlCrX1-aNa构成并具有预定厚度的第一涂层22形成在基体12上。由第一电弧放电电源44供应的电弧电流值和第一电弧放电电源44保持开启的开启时间基于第一涂层22的想要的厚度而确定。
步骤S1后为步骤S2，实施S2步骤形成基本上由TiAlCrX1-bNb和TiAl(SiC)X1-cNc(其中混合晶体率b，c彼此相等)构成的混合物层。在步骤S2中，第一电弧放电电源44保持开启使得电弧电流供应到第一阴极48和第一阳极50之间从而引起它们之间的电弧放电，而同时第二电弧放电电源46保持开启，使得供应电弧电流到第二阴极52和第二阳极54之间从而引起它们之间的电弧放电，以致基本上由TiAlCrX1-bNb和TiAl(SiC)X1-cNc构成并具有预定厚度的第二涂层24形成在第一涂层22上。由相应的第一和第二电弧放电电源44，46供应的电弧电流值基于TiAlCrX1-bNb和TiAl(SiC)X1-cNc的想要的比例以及第二涂层24想要的厚度确定。在本实施方式(即，上述实例1-3)中，供应的电弧电流的值确定为基本上彼此相等这样它们之间的混合率基本上为1∶1，同时第一和第二电弧放电电源44，46的开启时间基于第二涂层24想要的厚度确定。
当由上述第一和第二分层交替彼此重叠的多层形成为第二涂层24时，实施步骤S2以致第一和第二电弧放电电源44，46交替开启，借此第一和第二阴极48，52交替蒸发。在这种情况下，第一和第二电弧放电电源44，46的开启时间基于每一第一和第二分层想要的厚度来确定。
用于形成硬质多层涂层20的工序通过步骤S3来完成，在步骤S3中，第一电弧放电电源44保持关闭的同时，第二电弧放电电源46保持开启，这样将电弧电流供应到第二阴极52和第二阳极54之间，从而导致仅第二阴极52被蒸发，这样基本上由TiAl(SiC)X1-dNd构成并具有预定厚度的第三涂层26形成在第二涂层24上。由第二电弧放电电源46供应的电弧电流的值和第二电弧放电电源46保持开启的开启时间基于第三涂层26想要的厚度确定。
在如所描述构成的硬质多层涂层20中，构成最上或最外第三涂层26的TiAl(SiC)X1-dNd由于其氧化起始温度足够高而具有优异的耐热性，构成第一涂层22的TiAlCrX1-aNa具有的涂层硬度也足够高，以及由混合物层或由包括基本上与第一和第三涂层22，26相同成分的多层提供的第二涂层24布置在第一和第三涂层22，26之间。这种结构在第一，第二和第三涂层22，24，26之间提供了高度的粘附度，以致作为整体为第一，第二和第三涂层22，24，26提供了优异的耐热性和耐磨性。因此，作为硬质多层涂覆工具(具有在其表面有这种硬质多层涂层20的基体12)的端铣刀10由于改进的耐热性和耐磨性而可在高速下切削或机械加工高硬度材料。
在图4的实例1-26中，第一涂层22的厚度不小于1.0μm并不大于5.0μm，第二和第三涂层24，26的厚度的和与第一涂层22的厚度的比为不小于0.1并不大于1.0，并且第一、第二和第三涂层22，24，26的厚度的总和不小于1.1μm并不大于10μm。在这种方案中，由于具有相对高的硬度的第一涂层22的存在而抑制了作为整体的涂层20的变形，并由于第三涂层26的进一步增加的粘附度而令人满意地防止了涂层20的削蚀和剥落。此外，由于第三涂层26的厚度大于第二涂层24的厚度，作为整体的硬质多层涂层20通过第三涂层26的存在而给出增加的耐热性。
在图4的实例1-15和21以及图5的实例27-33中，混合晶体率a，b，c，d都彼此相同。这种方案，当由电弧型离子涂覆装置30形成硬质多层涂层20时，消除了在涂层20成形期间反应气转换的必要，借此有例于涂层20的制造，并使得可能可靠地获得具有预定混合晶体率的涂层20。
通过利用总计49台每一都具有6齿和10mm直径的方端磨机实施切削测试，使用如图4和图5的实例1-33和图6的比较例1-16。这些端磨机的基体由硬质合金制成，并且分别涂覆有彼此不同的各涂层，如图4-6中所表示的。比较例1不同于本发明的实例1-33，其中该涂层由两层所提供，而不包括等同于基本上由TiAl(SiC)CN构成的第三涂层26的层。比较例2不同于实施1-33，其中第三涂层以及第一涂层由TiAlCrN构成。比较例3-16不同于本发明的实例1-33，其中这些涂层由单层而不是多层提供。在测试中，在利用每一端铣刀在以下规定切削条件下在工件的侧表面切削28m的距离后，测量每一外齿根面的磨损宽度VB(mm)。测试的结果在图4-6的每一表格的最右列指出。
『切削条件』工件SKD11(60HRC)外切削速度(转数)120m/min(3820min-1)进给速度1850mm/min(0.08mm/齿)切削深度RD(径向深度)＝0.5mmAD(轴向深度)＝10mm切削液在吹空气条件下干切削从图4-6中所指示的切削测试的结果中清楚的是，在本发明的实例1-26的每一实例中在外齿根面的磨损宽度VB小至0.07-0.09mm。从而，与由TiAlN，TiAl(SiC)N或TiAlCrN构成的单层提供的每一比较例3-16中的硬质涂层相比，实例1-26显示出显著改善的耐磨性。此外，实例1-26的耐磨性也比比较例1(其中TiAlCrCN或TiAl(SiC)CN的混合物层构成最外层而缺少等同于第三涂层26的层)和比较例2(其中第三涂层与第一涂层由TiAlCrN构成)的耐磨性更优异。因而，诸测试揭示了，通过提供基本上由TiAl(SiC)X1-dNd构成的第三涂层26形式的最外层，而进一步改善了硬质涂层的耐热性和耐磨性。
在本发明的图5的每一实例27-33中外齿根面中的磨损宽度VB大约为0.1mm，而不象本发明的图4的每一实例1-26中的那样小。然而，实例27-33的耐磨性与比较例3-16相比也显著地改善了，这些比较例的每一硬质涂层由TiAlN，TiAl(SiC)N或TiAlCrN构成的单层提供。
虽然如上说明了本发明的现有优选实施例，应当理解的是，本发明不局限于所解释的实施方式的细节，但是可具体包括其他各种变化，修改和改进，这些对本领域技术人员来说是可以想到的，而不背离下列权利要求所限定的本发明的主旨和范围。
权利要求
1.布置在主体上的硬质多层涂层，包括与主体保持接触地布置的第一涂层，所述第一涂层基本上由TiAlCrX1-aNa(其中“X”表示碳和氧的其中一种，而“a”表示满足0.5≤a≤1的混合晶体率)构成；布置在所述第一涂层上的第二涂层，所述第二涂层由基本上由TiAlCrX1-bNb(其中“X”表示所述碳和氧的其中一种，而“b”表示满足0.5≤b≤1的混合晶体率)和TiAl(SiC)X1-cNc(其中“X”表示所述碳和氧的其中一种，而“c”表示满足0.5≤c≤1的混合晶体率)构成的混合物层提供，或由包括基本上由所述TiAlCrX1-bNb构成的第一分层和基本上由所述TiAl(SiC)X1-cNc构成的第二分层的多层提供，所述第一和第二分层彼此交替重叠；和布置在所述第二涂层上并构成所述硬质多层涂层的最外层的第三涂层，所述第三涂层基本上由TiAl(SiC)X1-dNd(其中“X”表示所述碳和氧的其中一种，而“d”表示满足0.5≤d≤1的混合晶体率)构成。
2.如权利要求1所述的硬质多层涂层，其中所述第一涂层具有从1.0μm至5.0μm的厚度，其中所述第二和第三涂层的厚度和与所述第一涂层的所述厚度的比为从0.1至1.0，和其中所述第一、第二和第三涂层的厚度和为从1.1μm至10μm。
3.如权利要求2所述的硬质多层涂层，其中所述第三涂层的所述厚度与所述第二涂层的所述厚度比为从1.0至20。
4.如权利要求1-3中任一所述的硬质多层涂层，其中所述混合晶体率a，b，c，d都彼此相同。
5.一种硬质多层涂覆工具，包括如权利要求1-3中任一所限定的硬质多层涂层；和作为所述主体的基体，其具有涂覆有所述硬质多层涂层的表面。
全文摘要
一种被布置在主体上的硬质多层涂层，包括(a)与主体保持接触布置的第一涂层，第一涂层基本上由TiAlCr X
文档编号C23C30/00GK1872536SQ20061008771
公开日2006年12月6日 申请日期2006年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者户井原孝臣, 樱井正俊, 福井康雄, 齐藤益生 申请人:Osg株式会社