专利名称：涂覆方法、工件或工具及其用途的制作方法
涂覆方法、工件或工具及其用徐本发明涉及通过DC溅射法用至少一个TihAlxN层来涂覆基片的一种方法，该基片 是由烧结碳化物、金属陶瓷、钢、或陶瓷构成。本发明进一步涉及一种已经通过上述方法被 涂覆的工件或工具并涉及其用途。目前为机加工金属而生产的大多数烧结碳化物切削元件是被涂覆的，以使得切削 镶片更硬和/或更耐磨。来自体系Ti-Al-N-C的硬质材料被选择例如作为该涂层。除CVD 方法之外，PVD方法也被用于这种涂覆。一种特别的PVD法是被称为电弧PVD的方法。借助于一个触发器，在一个阳极(例 如一个室壁)与一个阴极(由(金属的)涂覆材料组成)之间触发电弧。这在阴极产生了 如此高的温度使得该材料局部熔化并蒸发。由此该电弧移动穿过该阴极。该电弧中，这些 蒸发的粒子几乎被完全电离。通过这种电弧-PVD法，有可能来例如生产具有有利的 (200) 织构的TiAlN层。用于使该涂覆材料蒸发的另一种PVD法，例如像在DE 10 2005 021 927A1中概括 地描述的，是被称为溅射(阴极溅射)的方法。在这种情况下，用高能离子对由涂覆材料组 成的靶材进行轰击，因而原子从固体本体中分离出并且转变为气相。通过溅射，可以产生出 色的表面品质，特别是具有低粗糙度的表面。一个特别的溅射法是高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)，它通过以一种脉冲的方式来 将电源供给充当阴极的靶材而著名(这方面参见DE 10 2006 017382AU US 6，296，742)。 在这种情况下提供的功率密度是如此之高以至于所发生的辉光放电已经具有电弧放电的 特征。在HIPIMS的情况下，使用了非常高的电压。因为该靶材被用作阴极，所以这种方法 涉及增强的再溅射效应，这导致了低的沉积速率。这伴随的情况是生长速度是较低的。在EP 10 17870 Bi，披露了具有保护层系统的一种工具。该工具具有一个MeX涂 层，其中Me包括钛和铝并且X是氮或碳中的至少一种。(200)面与(111)面的衍射强度之 比Q1大于1。对于该层之中的压缩应力σ，IGPa ( σ ( 6Gpa。选择电弧气相沉积或通过 反应溅射的气相沉积作为涂覆方法。本发明的一个目的是提供一种方法，通过该方法有可能生产结合了溅射法与电弧 法的优点的涂层，即，使之有可能获得具有低粗糙度以及有利的(200)织构的一种涂层。本发明的另一个目的是提供一种工件，该工件具有一个具备上述特性的涂层。本发明的另一个目的是使用特别适合于对金属进行机加工的多种工具。这些目的通过权利要求1中所述的方法、权利要求6所述的硬质材料涂覆的工件、 并且通过权利要求9中所述的它的用途而得以实现。在如权利要求1所述的方法的情况下，使用多种电离助剂来增大等离子体密度。根据本发明的方法的一个有利的实施方案提供，该等离子体密度通过空心阴极效 应而增大。该空心阴极效应可以在辉光放电的过程中在某些先决条件下观察到。在辉光放 电的过程中，在这些阴极的表面上形成了被称为阴极压降或辉光接缝的区域。若将邻近的 阴极表面带到一起如此近因而这些区域重叠，则等离子体的准中性被克服并且发生流过这 些表面的气体的大的电离作用。根据本发明的另一个改进，使所有这些反应气体均通过一个空心阴极。优选地，在根据本发明的DC溅射法的情况下，使该空心阴极放电永久地运作。该方法的另一个有利的改进在于使用磁场来增大等离子体密度，这些磁场线优选 是与待涂覆的基片表面垂直的。洛仑兹力垂直于运动的方向作用在以速度ν相对于磁场运 动的带电粒子上。在均勻磁场的情况下，这些粒子在圆形路径上运动，由此等离子体密度增 大。通过权利要求1所述的方法而生产的工件的一个有利的改进在于，在该TihAlxN 层中，0.5彡χ彡0.7适用于χ。一个进一步有利的改进在于，该的厚度是至多15 μ m、优选至多10 μ m。通过权利要求1所述的方法生产的权利要求4所述的工件特别好地适用于生产机 加工、成型或冲孔工具，优选是可分度镶片、柄式工具，特别是钻头或铣刀，或磨损部件。下面参考附图
解说根据本发明 的方法的有利的改进，其中图Ia和b示出了空心阴极效应的发生，图Ic示出了穿过该空心阴极的气流，图2示出了由附加的磁场引起的等离子体密度的增大。在辉光放电过程中，在阴极1处发生阴极压降或辉光接缝2。如果使这些阴极1在 箭头3的方向上朝向彼此移动足够的程度，则这会产生一个区域4，该区域中这些辉光接缝 会重叠。在这个区域中，该等离子体的准中性被克服。如果使中性气体5通过区域4，则气 流7被电离并且产生等离子体6。图2中描绘了增大该等离子体密度的另一种可能性。使待涂覆的基片10被具有 磁场线11的垂直安排的磁场穿透。由于洛伦兹力的作用迫使带电粒子13是在圆形路径12 上，由此该等离子体的密度增大。利用根据本发明的方法并且利用通过根据本发明的方法而被涂覆的切削镶片，已 经有可能在对比试验中确定以下优点。实例142Cr Mo 4V的拐角铣削(单齿测试)统刀类型M680D63Z1可分度镶片的形式XPHT160412切削速度Vc = 220m/min每齿进料fz = 0. 25mm切削深度ap = 2. 5mm接触宽度ae = 38mm具有的织构系数为Q1 = 0. 4的标准涂层实现了 4000mm的工具寿命旅程。相比之 下，具有的织构系数为Q1 = 1. 8并且内部压缩应力为-1. 6Gpa的一个根据本发明的实施方 案实现了 7000mm的工具寿命旅程。实例25CrNi 18-10的拐角铣削(单齿测试)统刀类型M680D63Z1可分度镶片的形式XPHT160412调整角度90°
切削速度Vc = 100m/min每齿进料fz = 0. Ilmm切削深度ap = 2. 5画接触宽度ae = 35mm具有的织构系数为Q1 = 0. 8的标准涂层实现了 1700mm的工具寿命旅程。利用根 据本发明的一个涂层，该涂层具有的织构系数Q1 = 2. 67并且内部压缩应力为-1. 8Gpa，实 现了 2800mm的工具寿命旅程。实例 35CrNi 18-10的拐角铣削(单齿测试)统刀类型=M68OD8OZl可分度镶片的形式XPHT160412调整角度90°切削速度Vc = 250m/min每齿进料fz = 0. 15mm切削深度 ap = 2. 5mm接触宽度ae = 24mm具有的织构系数为Q1 = 0. 6的标准涂层实现了 2400mm的工具寿命旅程。具有 的织构系数Q1 = 2. 5并且内部压缩应力为-1. 6Gpa的一个根据本发明的实施方案实现了 3600mm的工具寿命旅程。实例 4CK 45的拐角铣削(单齿测试)统刀类型=M68OD8OZl可分度镶片的形式XPHT160412调整角度90°切削速度Vc = 280m/min每齿进料fz = 0. 25mm切削深度 ap = 2. 5mm接触宽度ae = 44mm具有的织构系数为Q1 = 0. 6的标准涂层实现了 5400mm的工具寿命旅程。具有 的织构系数Q1 = 2. 5并且内部压缩应力为-1. 5Gpa的一个根据本发明的实施方案实现了 7400mm的工具寿命旅程。
权利要求
一种通过DC溅射法用至少一个Ti1 xAlxN层来涂覆由烧结碳化物、金属陶瓷、钢、或陶瓷所构成的基片的方法，其特征在于，将多种电离助剂用于增大等离子体密度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该等离子体密度是通过空心阴极效应而增大。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使得所有这些反应气体均穿过一个空心阴极。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于一种DC溅射法，其中使该空心阴极放电 永久地运作。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用磁场来增大该等离子体密度，这些磁场 线优选是与待涂覆的基片表面垂直的。
6.一种硬质材料涂覆的工件或工具，该工件或工具具有一种烧结碳化物、一种金属陶 瓷、钢或陶瓷的基片以及至少一个具有的Q1商> 1的TihAlxN层的，其中Q1是1(200)与 I(Ill)的衍射强度之比，它们分别可归因于在使用S-2 θ方法的该材料的X-射线衍射中 的(200)晶格面和(111)晶格面，其特征在于，由DC溅射产生的这个层具有的内部压缩应 力为-IGpa 至 _2Gpa。
7.如权利要求6所述的工件或工具，其特征在于，在该TihAlxN层中，0.5 < χ < 0. 7。
8.如权利要求6或7所述的工件或工具，其特征在于，该TihAlxN层的厚度是至多 15 μ m、优选至多10 μ m。
9.如权利要求6至8中的任何一项所述的工件或工具用于生产机加工、成型或冲孔工 具，优选可分度镶片、柄式工具，特别是钻头或铣刀，或磨损部件的用途。
全文摘要
本发明涉及一种通过DC溅射法用至少一个Ti1-xAlxN层来涂覆基片的方法，该基片是由烧结碳化物、金属陶瓷、钢、或陶瓷所构成。本发明进一步涉及一种已经通过上述方法而被涂覆的工件或工具并涉及其用途。本发明的一个目的是提供一种方法，通过该方法有可能来生产结合了溅射法与电弧法的优点的涂层，即，是指有可能获得一种具有低粗糙度以及有利的(200)织构的涂层。本发明的另一个目的是提供一种工件，该工具具有一个具备上述特性的涂层。本发明的另一个目的是使用特别适合于对金属进行机加工的工具。通过本方法实现的目的的特征在于使用了多种电离助剂来增大等离子体密度。
文档编号C23C14/00GK101981222SQ200980111387
公开日2011年2月23日 申请日期2009年4月7日 优先权日2008年4月17日
发明者M·阿德特, R·塔博斯基 申请人:钴碳化钨硬质合金公司