带涂层的切削工具及其制造方法_2

文档序号:9258336阅读:来源:国知局
< 0. 6)中,氮化铝钛底层包含约50至60原子%的Al和40至50原子%的Ti是 特别优选的。
[0029] 根据本发明的方法通过作为反应气体的一氧化二氮与溅射的阴极金属反应形成 的涂层的氧化物层优选地包含氧化铝。根据具体实施例,氧化物层由氧化铝构成,氧化铝任 选地在与氧氮化物的混合物中。氧化铝具有非常高的硬度水平和良好的耐高温和耐氧化 性。根据层厚度,氧化铝也可用作绝热涂层。一部分氧氮化物在氧化物层中形成可能是由 于使用一氧化二氮。因此,由于PVD法的条件,由氧化铝构成的氧化物层可包含不可避免的 一定份额的氧氮化物份额。
[0030] 优选地,包含或由氧化铝构成的层施加到包含氮化铝钛的底层。氧化铝涂层的层 厚度优选地在1至6μηι的范围内。
[0031] 根据本发明的实施例,涂层的氧化物层可由氧化铝以及任选地一定份额的氧氮化 物形成,其掺杂有至少一种另外的阴极金属,所述阴极金属选自Mg、Sc、Y、Si、Zn、Ti、Zr、 Hf、Cr、Nb和Ta,以及它们的组合,所述氧化物层通过反应气体(一氧化二氮)与溅射的阴 极金属反应形成。掺杂有Si、Ti、Zr和Cr是特别优选的。由于掺杂有一种或多种另外的金 属,涂层的粘度和硬度之间的所需比率可通过改变氧化物层的晶格和微结构中的张力做针 对性调整。
[0032] 优选地,以阴极金属和氧化物层的总部分计,至少一种另外的阴极金属的部分为1 至30原子%,或优选地为2至10原子%。
[0033] 另外的阴极金属可以与氧化铝的单相混合氧化物的形式存在于氧化物层中。然后 形成所谓的置换混合晶体,其中氧化铝中铝的各个晶格位置被其他金属原子取代。氧化铝 和其他金属的混合氧化物也在下面表征为AlMOx。此外,认为短语"氧化铝和其他金属的混 合氧化物"还包括包含一部分与在PVD方法中使用一氧化二氮作为反应气体相关的铝和/ 或其他金属的氧氮化物的那些混合氧化物。
[0034] 然而,多个氧化物相的其他混合物也可形成氧化物层,其中掺杂有另外的阴极金 属的氧化铝或氧化铝AlMOx作为主要成分存在,而另外的氧化物或混合氧化物作为较少份 额的辅助成分存在,例如作为主要成分的晶界处的无定形相存在。
[0035] 根据优选的实施例,至少一个氧化物层由铝和铬的混合氧化物AlCrOx、铝和硅的 混合氧化物AlSiOx、铝和钛的混合氧化物八1110!£或铝和锆的混合氧化物AlZrO x构成,其中 铝和其他金属的原子份额可变化,并且优选地以Al:M范围=98:2至70:30存在。可以例 如通过选择合适的靶和/或通过在靶处生成的阴极电压控制金属份额。
[0036] 当具有铝和至少一种另外的阴极金属的混合氧化物和/或氧化物混合物的氧化 物层施加到包含氮化铝钛的底层时是优选的。在这种情况下,氧化物层的层厚度优选地在 0· 1至10 μ m,或优选地0· 1至6 μ m,以及特别优选地0.5至3μηι的范围内。
[0037] 包含氧化铝或掺杂有至少一种另外的阴极金属的氧化铝的氧化物层可以单层形 成,即它是涂层中的单氧化物层。
[0038] 然而,涂层还可包括由溅射阴极金属的氧化物制成的多个氧化物层,任选地与包 含金属Ti、Zr、Hf、Cr、Nb和Ta的一种或多种氮化物或碳氮化物的层交替。氮化物层和/ 或氮化碳层也可在PVD方法中施加。
[0039] 对于多层涂层,单层的组成可基本上相等。
[0040] 根据优选的实施例,多层涂层由氮化铝钛TihAlxN和一种溅射阴极金属的氧化 物的交替层组成。氮化铝钛优选地具有TipxAlxN的组成,其中0.4〈x〈0. 6。TipxAlxN和 阴极金属氧化物的交替层可直接施加到氮化铝钛底层上或包含氧化铝或被掺杂的氧化铝 (enriched aluminum oxide)的中间层上,所述被掺杂的氧化错沉积在包含TihAlxN的底 层上。氧化物层可由氧化错Al2O3构成或它们可由掺杂有至少一种选自Mg、Sc、Y、Si、Zn、 Ti、Zr、Hf、Cr、Nb和Ta以及它们的组合的阴极金属的氧化铝形成。
[0041] 然而,根据另外的实施例,层的构成也可变化。具体地讲,氧化物层可具有与铝含 量或另外的金属的含量有关的梯度。氧化物层的铝含量可从基体向外层的方向减少,另外 的阴极金属的含量可向外层的方向增加,反之亦然。
[0042] 根据另外的实施例,氧化物层的构成可关于另外的阴极金属变化。因此,施加一层 或多层其中氧化铝交替地掺杂有例如金属Mg、Sc、Y、Si、Zn、Ti、Zr、Hf、Cr、Nb或Ta中的一 者,或优选地Si、Ti、Zr或Cr中的一者的氧化物层是可能的。
[0043] 此外,氧化物层之间的TiAlN涂层可具有与铝部分有关的梯度,优选地具有从基 体向涂层的外涂层方向增加的铝份额。这可改善氧化物层至TiAlN涂层的粘附性。对于具 有组成TipxAlxN的氮化铝钛,X可变化,优选地从0. 4至0. 6。
[0044] 交替层的厚度分别为约0· 1 μ m至1 μ m,或优选地从约0· 1 μ m至0· 5 μ m,且特别 优选地从约〇. I ym至0. 3 μπι。涂层优选地具有约2至10个来自交替层的氮化物层和氧 化物层重复。来自交替层的涂层的总厚度优选地在0. 5 μ m和5 μ m之间,或优选地在1和 2 um之间。
[0045] 包含掺杂有至少一种另外的阴极金属的氧化铝的氧化物层可通过电压脉冲溅射 获得,同时采用一个或多个具有一定份额的另外的阴极金属的铝阴极。此外,铝阴极可与至 少一个包含钛、锆、铪、硅、和/或铬,它们的混合物和合金,以及它们的具有铝的混合物和 合金的其他阴极一起使用。在PVD反应器中,溅射阴极金属与作为反应气体添加的一氧化 二氮反应,并且作为氧化物沉积到基体上。
[0046] 惰性气体,优选氩气,通常用作工艺气体,产生等离子体。气体混合物中的一氧化 二氮的份额优选从5至10体积%。
[0047] 在一个实施例中,反应气体可另外地包含氮气。优选地,气体混合物中的氮气份额 为5至10体积%。一氧化二氮和氮气之间的比率优选在1:1和1:0. 5之间变化。更高的 氮气份额是不可取的,因为它们可导致氧化物沉积速度的降低。
[0048] 氧化物层的沉积优选地通过中频脉冲溅射以优选地10至100kHz,或优选地50kHz 的交变场频进行。交变电场在靶和阴极金属雾化之前激发氩等离子体。
[0049] 阴极电压优选地在380至430V的范围内,400至420V是特别优选的。
[0050] 在中频交变场中,两个相邻放置的阴极为双极脉冲是优选的。脉冲频率优选地在 10至IOOkHz的范围内,30至60kHz是特别优选的。
[0051] 优选地,使用-10至-80V,或特别优选地-40至-60V的基底偏压进行加工。如果 非导电氧化物层以最多〇. 5 μ m的薄层厚度沉积,可省略基底偏压的中频激发。从而,给基 底施加 DC电压就已足够。
[0052] 基底温度优选地为500至700 °C。
[0053] 加工压力可在例如500至600mPa,或优选地520至550mPa的范围内。
[0054] 反应气体流优选地在10至40sccm,或特别优选地20至30的范围内,并且可通过 保持恒定阴极电压(所谓的"操作点")控制。
[0055] 涂层还可具有作为最外层的覆盖层,其颜色与覆盖层下的涂层的颜色不同。覆盖 层在这种情况下可用作标记,以便用肉眼确定带涂层的切削刀片的切削刃是否使用过。通 过随后移除仅在切削表面上的覆盖层,另外可能的是制造在各自表面上具有不同性能的切 削工具,从而它们也可通过
当前第2页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1