專利名稱：含硼和氮的涂層及其制造方法
材料工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行著包括新型硬質(zhì)材料的新型的、有用的工業(yè)材料的開發(fā)。這樣的新型硬質(zhì)材料沒有限制地包括燒結(jié)的超細(xì)粉末金屬、金屬基復(fù)合材料、熱處理的鋼(硬度在約50～60rockwell C之間)和高溫合金。這些材料已經(jīng)開發(fā)出具有超常的性能組合，如強(qiáng)度、韌性、剛度、硬度、和耐磨性，這使得它們非常適用于重工業(yè)、航空業(yè)、運輸和消耗品。
這些超常的性能組合對現(xiàn)存的用于新型硬質(zhì)材料的制造和精加工方法的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。非常簡單的是，這些材料的鉆孔、切削和成形是非常困難且昂貴的。為了使這些新型的硬質(zhì)材料完全實現(xiàn)其商業(yè)潛力，人們必需克服這些困難。通過使用超硬材料的更強(qiáng)的切削刀具，人們可以最好地克服這些困難。
超硬材料比任何其它化合物明顯更硬，可以用于鉆孔、切削或成形其它材料，這樣的材料包括金剛石和立方氮化硼(cBN)。金剛石的Knoop 100硬度約為75～100GPa或者更大，而cBN的Knoop 100硬度約為45GPa。碳化硼(B4C)和二硼化鈦(TiB2)，是次一級的最硬材料，它們的硬度僅為約30Gpa。
金剛石可以在自然界發(fā)現(xiàn)，也可以合成。氮化硼，包括cBN是合成的(例如，見Wentorf Jr.的美國專利No.2,947,617)。合成的金剛石和合成的cBN都是用高溫高壓(HT-HP)條件(約5GPa和約1500℃，例如，見Y.Sheng&L.Ho-Yi的“立方氮化硼的高溫?zé)Y(jié)”，P/M’78-SEMP5,European Symposium on Powder Metallurgy,Stockholm,Sweden,June1978,pp.201-211)生產(chǎn)，然后燒結(jié)的。
目前，兩種基本的超硬商品切削刀具包括多晶金剛石(PCD)切削刀具和多晶立方氮化硼(PCBN)切削刀具。PCD切削刀具的典型用途是硬質(zhì)非鐵基合金和難以切削的復(fù)合材料的加工。PCBN切削刀具一般用于硬質(zhì)鐵基材料的加工。在典型的多晶(PCD或PCBN)切削刀具中，切削刀刃包括一個釬焊在碳化物刀坯上的HT-HP超硬刀頭。所說的刀頭包括微米尺寸的HT-HP金剛石或HT-HP立方氮化硼(cBN)晶體，用合適的結(jié)合劑生長并結(jié)合在膠結(jié)的碳化物支持體上。在高壓-高溫(HP-HT)制造過程中，以及這些刀頭的精加工過程中，都需要高成本。結(jié)果是PCD切削刀具和PCBN切削刀具非常昂貴。
除了昂貴以外，這些切削刀具通常包括一個單一刀頭的刀具，其中所說的刀頭具有較少的平面幾何類型。即使這些切削刀具非常昂貴并且具有較少的類型，目前它們?nèi)匀皇沁m用于經(jīng)濟(jì)地加工這些新型硬質(zhì)的難切削材料的最好的(有時是唯一的)切削刀具。
通過金剛石低壓沉積技術(shù)的發(fā)展，人們能夠在切削刀具基質(zhì)上沉積有限的涂層(或薄膜)而對切削刀具的幾何形狀沒有明顯的限制。雖然金剛石涂覆的切削刀具具有超過PCD切削刀具的優(yōu)點，但是對于使用金剛石涂覆的切削刀具仍然有某些明顯的限制。
金剛石切削刀具(即PCD和金剛石涂覆的切削刀具)的一個基本局限性是在高溫使用過程中金剛石氧化成二氧化碳和一氧化碳。金剛石切削刀具的另一個主要局限性是金剛石(即碳)與某些材料的高化學(xué)活性。更具體地，含有鐵、鈷或鎳中的任一種或多種的材料溶解金剛石中的碳原子。這些局限性表明，雖然金剛石切削刀具提供了某些優(yōu)點，仍然有許多材料需要帶有超硬涂層的切削刀具，但是對于這些材料，使用金剛石涂覆的切削刀具是不合適的。
非常明顯的是，需要提供一種帶有結(jié)合的超硬涂層的切削刀具，以克服金剛石涂覆的切削刀具存在的上述問題。更具體地，需要提供一種帶有結(jié)合的超硬涂層的切削刀具，其中，所說的涂層在高溫使用過程中不會氧化。同時需要提供一種帶有結(jié)合的超硬涂層的切削刀具，其中，所說的涂層不會與含有鐵、鈷或鎳中的任一種或多種的工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
一種通過在高溫下形成防護(hù)性氧化物(即硼的氧化物)而進(jìn)行鈍化從而不會在高溫下氧化的超硬材料是氮化硼。此外，氮化硼不會與鐵、鈷或鎳中的任一種或多種發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得含有這些組分的的一種或多種的工件不會溶解氮化硼。氮化硼的這些優(yōu)異特性存在于氮化硼的各種晶型，例如，無定形氮化硼(aBN)、立方氮化硼(cBN)、六方氮化硼(hBN、纖鋅礦型氮化硼(wBN)，其中，cBN具有特別好的性能。
雖然從氣態(tài)前體合成氮化硼，包括cBN，在技術(shù)上是可行的，但是結(jié)合到基質(zhì)上仍然存在技術(shù)上的困難。例如，某些cBN涂層在沉積后短期內(nèi)碎裂(例如，見W.Gissler的“立方氮化硼和金屬氮化硼薄膜的制備與表征”，表面與界面分相(Surface and Interface Analysis),Vol.22,1994,pp.139-148.)，而另一些cBN涂層在暴露于空氣中時從基質(zhì)上剝落(例如，見S.P.S.arya&A.D’amico的“氮化硼薄膜的制品、性能和應(yīng)用”，固體薄膜(Thin Solid films),Vol.157,1988,pp.267-282.)。在cBN涂層和基質(zhì)之間的熱失配產(chǎn)生極大的殘余應(yīng)力，可以解釋碎裂。通過吸濕化合物與周圍的水分反應(yīng)在cBN涂層和基質(zhì)之間形成一個弱層可以解釋剝落。
由于上述原因，需要一種可以令人滿意地結(jié)合到基質(zhì)上的包括含有硼和氮的涂層的涂層組合，所說的涂層優(yōu)選的是一種含有氮化硼的涂層，更優(yōu)選的是一種含有cBN的涂層。優(yōu)選的是，所說的涂層組合應(yīng)該涂覆到基質(zhì)上形成刀具，如切屑形成加工刀具，用于鉆孔、切削和/或成形所說的新型硬質(zhì)難切削材料。因此，需要一種制造含有結(jié)合的硼和氮的涂層的方法，優(yōu)選的是含有氮化硼的涂層，更優(yōu)選的是含有cBN的涂層。
本發(fā)明滿足了提供一種可以令人滿意地結(jié)合在基質(zhì)上的包括含氮和硼的涂層的涂層組合的需求，所說的涂層優(yōu)選的是含有氮化硼的涂層，更優(yōu)選的是含有cBN的涂層。此外，本發(fā)明滿足了提供一種應(yīng)用于刀具的涂層組合的需求，其中，所說的刀具如切屑形成加工刀具，用于鉆孔、車削、研磨和/或成形硬質(zhì)的難切削的材料。
本發(fā)明的涂層組合賦予了基質(zhì)耐磨損性或耐磨蝕性，或者兩者兼具。所說的令人滿意地結(jié)合的涂層組合包括一個基礎(chǔ)涂層、一個第一中間層、一個第二中間層和含有硼和氮的涂層。
所說的基礎(chǔ)涂層包括一種金屬，用于調(diào)整基質(zhì)使其與所說的第一中間層相匹配。所說的調(diào)整可以包括吸氣除去吸附在基質(zhì)表面的、阻礙任何后續(xù)涂層的結(jié)合的任何原子的和/或原子團(tuán)的物質(zhì)。在一個優(yōu)選的實施方案中，所說的基礎(chǔ)涂層含有鈦或類似的調(diào)整金屬或合金。在這方面，可以認(rèn)為所說的調(diào)整金屬可以包括鋯或鉿，甚至可能為鋁或鎂。
所說的第一和第二中間層從基礎(chǔ)涂層向含硼和氮的涂層過渡。在本發(fā)明的一個實施方案中，在所說的第一中間層和所說的第二中間層之間至少有一種成分(例如，元素)是共有的；在所說的第二中間層和所說的含硼和氮的涂層之間至少有一種成分是共有的；任選的是，在所說的基礎(chǔ)涂層和所說的第一中間層之間至少有一種元素是共有的。例如，由于含硼和氮的涂層含有硼和氮，所說的第二中間層可以含有硼和氮中的至少一種。同樣，所說的第一中間層可以含有硼和氮中的一種，但是如果所說的第二中間層還含有第三種元素，第四種元素等，那么，所說的第一中間層含有硼、氮、第三種元素、第四種元素等中的至少一種。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，在所說的第一中間層、第二中間層、含硼和氮的涂層之間至少一種成分(例如，元素)是共有的。例如，由于所說的含硼和氮的涂層含有硼和氮，所以第一和第二中間層含有硼或氮，或者兩者都有。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，在所說的基礎(chǔ)涂層、第一中間層和第二中間層之間至少一種成分(例如，元素)是共有的。例如，如果所說的基礎(chǔ)涂層含有鈦，那么所說的第一和第二中間層含有鈦。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，在所說的第二中間層和所說的含硼和氮的涂層之間至少兩種成分(例如元素)是共有的。例如，由于所說的含硼和氮的涂層含有硼和氮，所以，所說的第二中間層含有硼和氮。在該實施方案中，在所說的第一中間層和所說的第二中間層之間至少一種成分，任選的是至少兩種成分可以是共有的。類似地，在所說的第一中間層、第二中間層和含硼和氮的涂層之間可以有至少一種成分(例如元素)是共有的，或者在所說的基礎(chǔ)涂層、第一中間層和第二中間層之間可以有至少一種成分是共有的。
在本發(fā)明的前面的實施方案中的任一個中，含硼和氮的涂層可以含有氮化硼，包括無定形氮化硼(aBN)、纖鋅礦型氮化硼(wBN)、六方氮化硼(hBN)、立方氮化硼(cBN)、以及這些晶型的組合?？梢哉J(rèn)為含硼和氮的涂層含有cBN是更優(yōu)選的，因為cBN是超硬材料。
在一個優(yōu)選的實施方案中，在用反射傅立葉變換紅外光譜(FTIR)表征時，所說的涂層組合在約770cm-1有一個小的信號、在約1480cm-1有一個肩形凸出、在約1200cm-1有一個寬的信號。
通過向基質(zhì)提供一個基礎(chǔ)涂層、所說的基礎(chǔ)涂層上的一個第一中間層、所說的第一中間層上的一個第二中間層、以及在所說的第二中間層上的一個含硼和氮的涂層，優(yōu)選的是含氮化硼的涂層，更優(yōu)選的是含有cBN的涂層，可以實現(xiàn)本發(fā)明的涂層組合。可以使用產(chǎn)生令人滿意地結(jié)合的涂層組合的任何技術(shù)或技術(shù)組合。例如，可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、及其變型、以及這些技術(shù)的組合。在一個優(yōu)選的實施方案中，用離子束輔助PVD技術(shù)形成所說的含硼和氮的涂層。
本發(fā)明的一個實施方案涉及含有所說的涂層組合的刀具。例如，含有所說的涂層組合的切屑形成加工刀具滿足了用于加工鐵基合金等材料的化學(xué)惰性的耐磨損并且耐磨蝕的涂層刀具的長期需求。可以使用帶有所說的涂層組合的刀具加工與金剛石涂層刀具相容的材料，優(yōu)選的是加工與金剛石涂層不相容的材料。所說的刀具包括在至少一部分基質(zhì)材料上的涂層組合。所說的基質(zhì)材料可以包括任何材料，例如，金屬、陶瓷、聚合物、及其組合的復(fù)合材料，以及這些材料的組合。優(yōu)選的基質(zhì)復(fù)合材料包括金屬陶瓷，優(yōu)選的是膠結(jié)的碳化物，更優(yōu)選的是鈷膠結(jié)的碳化鎢，以及陶瓷。
本文說明性地提出的本發(fā)明可以在缺少本文沒有特別提出的任何元素、步驟或組分的情況下實施。
參考下面的敘述、所附的權(quán)利要求和附圖，將會更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點，其中

圖1表示所說的涂層組合的橫截面，包括為基質(zhì)2提供的一個基礎(chǔ)涂層4、一個第一中間層6、一個第二中間層8、和一個含硼和氮的涂層10；圖2表示在相關(guān)的切削刀具上的涂層組合的等尺寸示意圖；圖3表示基質(zhì)、電子束蒸氣源、離子源的布置示意圖；圖4表示用于形成根據(jù)一個工作實施例的涂層組合的，在基質(zhì)夾具上的基質(zhì)和加熱元件的布置示意圖；圖5表示用于形成根據(jù)一個工作實施例的涂層組合的，在基質(zhì)夾具上的基質(zhì)和加熱元件的布置示意圖；圖6表示用于形成根據(jù)一個工作實施例的涂層組合的，在基質(zhì)夾具上的基質(zhì)的布置示意圖；圖7表示在所說的工作實施例的方法1中在硅晶片上形成一種涂層組合的硼(B1)、氮(N1)、氧(O1)、碳(C1)、鈦(Ti2和Ti1+N1)、和硅(Si1)的原子濃度與濺射時間的函數(shù)關(guān)系；圖8表示在所說的工作實施例的方法2中在一種膠結(jié)的碳化物基質(zhì)上形成的一種涂層組合中的含硼和氮的涂層和第二中間層中的硼(B1)、氮(N1)、氧(O1)、碳(C1)、和硅(Si1)的原子濃度與濺射時間的函數(shù)關(guān)系；圖9表示在所說的工作實施例的方法2中在一種膠結(jié)的碳化物基質(zhì)上形成的一種涂層組合中的含硼和氮的涂層和第二中間層中的硼(B1)、氮(N1)、氧(O1)、碳(C1)、和硅(Si1)的原子濃度與濺射時間的函數(shù)關(guān)系；圖10表示在所說的工作實施例的方法2中在一種膠結(jié)的碳化物基質(zhì)上形成的一種涂層組合中的含硼和氮的涂層和第二中間層中的硼(B1)、氮(N1)、氧(O1)和碳(C1)的原子濃度與濺射時間的函數(shù)關(guān)系；圖11表示在所說的工作實施例的方法2中在一種膠結(jié)的碳化物基質(zhì)上形成的一種涂層組合的反射傅立葉變換紅外光譜；圖12表示在所說的工作實施例的方法2中在一種膠結(jié)的碳化物基質(zhì)上形成的一種涂層組合的反射傅立葉變換紅外光譜。
圖1中示意地表示的是一個在一種基質(zhì)2上的涂層組合，包括一個基礎(chǔ)涂層4、一個第一中間層6、一個第二中間層8和含硼和氮的涂層10。所說的含硼和氮的涂層10優(yōu)選的是含有氮化硼，更優(yōu)選的是含有cBN。
所說的基礎(chǔ)涂層4包括一種金屬，用于調(diào)整所說的基質(zhì)使其與后續(xù)的涂層，如第一中間層相匹配。雖然所說的基礎(chǔ)涂層可以用金屬，它與所說的基質(zhì)的反應(yīng)或者吸收基質(zhì)上的物質(zhì)，或者這兩種作用同時存在，可以把所說的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楹薪饘俚幕衔?。在一個優(yōu)選的實施方案中，所說的基礎(chǔ)涂層含有鈦。但是，在這方面，可以使用鈦的合金或者能夠產(chǎn)生與鈦類似的基質(zhì)調(diào)整作用的任何合金來形成基礎(chǔ)涂層4。
第一和第二中間層6&8從基礎(chǔ)涂層4向含硼和氮的涂層10過渡。在本發(fā)明的一個實施方案中，在第一中間層6和第二中間層8之間至少有一種成分(例如元素)是共有的；在第二中間層8和含硼和氮的涂層10之間至少有一種成分是共有的；任選的是，在基礎(chǔ)涂層4和第一中間層6之間至少有一種成分是共有的。例如，由于在含硼和氮的涂層6中含有硼和氮，所說的第二中間層8可以含有硼和氮中的至少一種。同樣，所說的第一中間層6可以含有硼和氮中的一種。但是，如果所說的第二中間層8還含有第三種元素、第四種元素等，那么所說的第一中間層6可以含有硼、氮、所說的第三種元素、所說的第四種元素等中的至少一種。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，在所說的第一中間層6、所說的第二中間層8和所說的含硼和氮的涂層10之間至少有一種成分(例如元素)是共有的。例如，由于所說的含硼和氮的涂層10中同時含有硼和氮，所以，所說的第一和第二中間層6&8含有硼或氮，或者兩者都有。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，在所說的基礎(chǔ)涂層4、所說的第一中間層6和所說的第二中間層8之間至少有一種成分(例如元素)是共有的。例如，如果基礎(chǔ)涂層4含有鈦、所說的第一和第二中間層6&8含有鈦。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，在所說的第二中間層8和所說的含硼和氮的涂層10之間至少有兩種成分是共有的。例如，由于所說的含硼和氮的涂層10中含有硼和氮，所以，第二中間層中含有硼和氮。在該實施方案中，在所說的第一中間層6和所說的第二中間層8之間可以至少有一種成分(例如元素)，任選的是至少兩種成分是共有的。類似地，在所說的第一中間層6、所說的第二中間層8和所說的含硼和氮的涂層10之間可以至少有一種成分(例如元素)是共有的，或者，另一方面，在所說的基礎(chǔ)涂層4、所說的第一中間層6和所說的第二中間層8之間可以至少有一種成分是共有的。
在上面的實施方案中包括的涂層組合包括(1)一個含有鈦的基礎(chǔ)涂層4；一個含有硼或碳，優(yōu)選的是二者都有的第一中間層6；一個含有硼或碳或氮，優(yōu)選的是三者都有的第二中間層8；含有氮化硼的含硼和氮的涂層10；或(2)含有鈦的基礎(chǔ)涂層4；含有硼或鈦，優(yōu)選的是含兩者的第一中間層6；含有硼或鈦或氮，優(yōu)選的是三者都有的第二中間層8；含有氮化硼的含硼和氮的涂層10。前者，即涂層組合(1)是本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施方案。
當(dāng)?shù)谝恢虚g層6同時含有硼和碳時(及含硼和碳的涂層)，B∶C的原子比約為2.7～3.3。換句話說，在含硼和碳的涂層中硼的原子百分?jǐn)?shù)(at％)約為73～77，而碳的原子百分?jǐn)?shù)大致為其余的量，允許有少量雜質(zhì)。
當(dāng)所說的第二中間層8中為含有硼、碳和氮的涂層時，B∶N的比可以約為29∶71～54∶46，優(yōu)選的是約為29∶71～41∶59，碳約為11～26at％。換句話說，含有硼、碳和氮的涂層可以包括N∶C的原子比約為74∶26～89∶11，硼的原子百分?jǐn)?shù)約為29～54at％。
含硼和氮的涂層10可以包括B∶N原子比約為0.6～5.7。即，含硼和氮的涂層中的硼可以約為38～85at％，而氮基本為其余的量，允許含有少量雜質(zhì)。
在前面的實施方案中的任一個中，所說的含硼和氮的涂層可以含有氮化硼，包括無定形氮化硼(aBN)、纖鋅礦型氮化硼(wBN)、六方氮化硼(hBN)、立方氮化硼(cBN)、以及這些形式的組合?？梢哉J(rèn)為含硼和氮的涂層含有cBN是更優(yōu)選的，因為cBN是超硬材料。
在用反射傅立葉變換紅外光譜(FTIR)表征時，所說的涂層組合在約770cm-1有一個小的信號，在約1480cm-1有一個肩形凸出，在約1200cm-1有一個寬的信號。
確定所說的涂層組合的每一層的厚度使得所說的涂層組合的厚度和足以為未涂層的基質(zhì)提供延長的壽命，而避免殘余應(yīng)力會對所說的涂層組合的作用產(chǎn)生不良影響。
用于材料成形、刻劃或刻痕(例如鉆孔、切屑和/或成形)的刀具代表了一類可以受益于使用本發(fā)明的涂層組合的基質(zhì)。涂層組合12滿足了提供令人滿意地結(jié)合的、化學(xué)惰性的、耐磨損、耐磨蝕的涂層的長期需求。涂層組合12的這些性質(zhì)滿足了對超硬涂層的需求，所說的超硬涂層可以應(yīng)用于對用傳統(tǒng)材料及新型硬質(zhì)材料制成的物體的鉆孔、切削和/或成形。
當(dāng)所說的涂層組合12應(yīng)用于刀具時，可以認(rèn)為有效的涂層組合的總厚度約為1微米(μm)～5μm。也可以認(rèn)為有效的基礎(chǔ)涂層4的厚度范圍約為1納米(nm)～1μm或更多，優(yōu)選的是至少約0.1μm厚；有效的第一中間層6的厚度范圍約為1nm～1μm或更厚，優(yōu)選的是至少約0.2μm厚；有效的第二中間層8的厚度范圍約為1nm～1μm或更厚，優(yōu)選的是至少約0.2μm厚；有效的含硼和氮的涂層10的厚度范圍約為0.1μm～2μm或更厚，優(yōu)選的是至少1μm厚。
把涂層組合12涂覆到至少一部分基質(zhì)材料2上。所說的基質(zhì)2可以包括具有應(yīng)用所要求的物理和力學(xué)性能的任何材料，并且具有可以調(diào)節(jié)到接受涂層組合12的能力。這樣的材料包括金屬、陶瓷、聚合物、及其組合的復(fù)合材料、和這些材料的組合。金屬可以是單質(zhì)、合金、和/或金屬間化合物。金屬包括IUPAC中的地2-14族中的元素。陶瓷包括硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、其混合物、其固溶體、以及其組合物。聚合物包括在向其一部分上涂覆了所說的涂層組合后能獲得要求的力學(xué)和/或物理性能的有機(jī)和/或無機(jī)基聚合物。復(fù)合材料包括金屬基復(fù)合材料(MMC)、陶瓷基復(fù)合材料(CMC)、聚合物基復(fù)合材料(PMC)、及其組合。而優(yōu)選的復(fù)合材料包括金屬陶瓷、膠結(jié)的碳化物、特別是鈷膠結(jié)的碳化鎢，復(fù)合材料可以包括金剛石鑲尖的或金剛石涂覆的基質(zhì)，PCBN或PCD。
其它典型的材料包括與其它碳化物(例如TaC、NbC、TiC、VC)一起的碳化鎢基材料，所說的其它碳化物可以以簡單的碳化鎢或固溶體形式存在。鈷含量范圍可以在約0.2wt％～20wt％之間，雖然更典型的范圍是在約5wt％～16wt％之間。應(yīng)該理解的是可以使用其它結(jié)合劑材料。除了鈷和鈷合金以外，合適金屬結(jié)合劑包括鎳、鎳合金、鐵、鐵合金以及上述材料(即鈷、鈷合金、鎳、鎳合金、鐵、和/或鐵合金)的任意組合。此外，應(yīng)該理解的是NeMeth等人在US Reissue Patent No.34,180“優(yōu)選的結(jié)合劑富集的膠結(jié)碳化物體及其制備方法”(授權(quán)于本專利申請的受讓人)中提出的靠近基質(zhì)表面富集結(jié)合劑(鈷)的基質(zhì)可以適用于用所說的涂層組合處理。
熟悉該技術(shù)的那些人將會理解，任何基質(zhì)都可以用所說的涂層組合處理，以賦予所說的基質(zhì)相對于其未涂覆的部分更優(yōu)異的性能。
在本發(fā)明的一個實施方案中，所說的基質(zhì)包括刀具，例如用于鉆孔、切削和/或成形材料的刀具。這樣的刀具的一個實例包括圖2中所示的可變換角度的切削刀具14，包括一個多面體，有一個頂面16、底面18和帶有邊20和角22的周邊，從頂面16延伸到底面18。所說的周邊和頂面16的交線就是切削刀刃24。所說的頂面16包括一個靠近切削刀刃24的平坦區(qū)域26并向刀體的中心延伸。所說的平坦區(qū)域26包括角部平坦區(qū)域28和邊部平坦區(qū)域30。頂面16還包括在平坦區(qū)域26和刀體中心之間的平面32，其高度低于平坦區(qū)域26。頂面16還包括從平坦區(qū)域26朝著平面32傾斜向下向內(nèi)的傾斜邊部分34。在平面32上可以布置一個或多個高臺36，與傾斜邊部分34隔開，并且有從平面32上升的斜邊。此外，所說的刀體底面18可以有類似于對于頂面16所述的特征。不管其形狀如何，所說的可變換角度的切削刀具14至少部分用所說的涂層組合12涂覆，優(yōu)選的是在與待加工和/或已經(jīng)加工的材料接觸的部分上涂覆。
至少部分用本發(fā)明的涂層組合涂覆的切削刀具可以方便地用于“硬車削”或“硬加工”以代替研磨。硬車削可以包括切削硬化的合金，包括鋼等鐵基合金，到最后的或精加工的形式。在車床上或車削中心上，可以把所說的硬化的合金切削到至少約±0.0127mm(0.0005英寸)的精度，優(yōu)選的是至少約±0.0076mm(0.0003英寸)，以及優(yōu)于約20微米rms的光潔度。切削速度、進(jìn)刀和切削深度(DOC)可以包括與所得的理想結(jié)果相匹配的任何數(shù)值。切削速度范圍可以為約50～300米/分，優(yōu)選的是約為75～200米/分，更優(yōu)選的是約為80～150米/分。類似地，進(jìn)刀范圍可以約為0.05～1mm/轉(zhuǎn)，優(yōu)選的是約為0.1～0.6mm/轉(zhuǎn)，更優(yōu)選的是約為0.3～0.6mm/轉(zhuǎn)。此外，所說的DOC范圍可以約為0.05～1mm，優(yōu)選的是約為0.1～0.25mm，最優(yōu)選的是約為0.1～0.3mm。可以在有或沒有切削或冷卻流體的情況下使用上述切削參數(shù)。
促進(jìn)表現(xiàn)出至少耐磨損性、耐磨蝕性和結(jié)合性的涂層組合的形成的任何方法都是適用的。這樣的方法包括提供一個基質(zhì)2，對至少一部分基質(zhì)提供所說的基礎(chǔ)涂層4、第一中間層6、第二中間層8和含硼和氮的涂層10。優(yōu)選的是所說的含硼和氮的涂層含有氮化硼，更優(yōu)選的是含有cBN。
雖然本申請的實施例涉及形成所說的涂層組合的PVD技術(shù)，但是，本發(fā)明人認(rèn)為在提供所說的涂層組合的方法中，可以使用任何技術(shù)或技術(shù)組合，包括化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、這兩種技術(shù)的變型，以及它們的組合。
CVD合成cBN的技術(shù)典型代表包括，例如在Murakawa&S.Watanabe,“在平行磁場中用熱陰極等離子放電合成立方BN薄膜”涂層技術(shù)，Vol.43,1990,PP.128-136；NASA Tech Briefs,Vol.18,No.8p.53中的“立方BN在金剛石中間層上的沉積”；Z.Song,F.Zhang,Y.Guo,&G.Chin的“立方氮化硼薄膜在鎳基質(zhì)上的織構(gòu)生長”，應(yīng)用物理快報，Vol.65,No.21,1994,pp.2669-2671；M.Kuhr,S.Rinke,&WKulisch的“用感應(yīng)耦合等離子體沉積立方氮化硼”，表面與涂層技術(shù)，Vol.74-75,1995,pp.806-812；中所述的那些技術(shù)。PVD合成cBN的技術(shù)典型包括，例如，在M.Mieno&T.Yosida的“通過濺射制備立方氮化硼薄膜”日本應(yīng)用物理學(xué)報，Vol.29,No.7,July 1990,pp.L1175-L117；D.J.Kester和R. Messier的“立方氮化硼薄膜的相控制”，應(yīng)用物理學(xué)報，Vol.72,No.2,1990年7月；T.Wada&N.Yamashita的“通過離子束輔助沉積形成CBN薄膜”，真空科學(xué)技術(shù)學(xué)報A.,Vol.10,No.3,1992年5月/6月；T.Ikeda/Y.Kawate,&Y.Hirai的“通過類電弧等離子感應(yīng)離子鍍法形成立方氮化硼薄膜”，真空科學(xué)技術(shù)學(xué)報，Vol.8,No.4,1990年7月/8月；T.Ikeda,T.Satou,&H.Stoh的“通過類電弧等離子增強(qiáng)離子鍍法進(jìn)行的立方氮化硼薄膜的形成與表征”，表面與涂層技術(shù)，Vol.50,1991,pp.33-39中所描述的那些方法。
下面的內(nèi)容說明了本發(fā)明，提供了本發(fā)明的各個方面的說明。不應(yīng)該把下面的內(nèi)容看作是限制本發(fā)明的范圍。
使用一種帶有20℃水冷高真空室的AIRCO TEMESCAL FC 1800快速循環(huán)電子束(e-束)蒸發(fā)器單元，裝備有四個小型電子束槍，并使用射頻(RF)偏轉(zhuǎn)的基質(zhì)夾具。所說的單元也可以包括一個殘余氣體分析器(Inficon的IQ200)，一個用于室加熱的石英燈，一個離子源(Commonwealth Scientific Corp.of Alexandria,Virginia的MarkI無柵end-Hall型離子槍)，一個Faraday杯(與Inficon的IQ 6000相接)，輔助的基質(zhì)加熱用燈絲或一個附加的石英燈。
圖3表示一個基質(zhì)夾具40，一個蒸氣源材料44，一個用于從材料源44上產(chǎn)生蒸氣54的電子束42、一個Faraday杯46(位于所說的蒸氣源材料44的表面平面上方約254mm(10英寸)，離所說的蒸氣源材料44的中心約165mm的蒸氣54的周圍)，用于測量所說的材料源44的蒸發(fā)速率，以及一個離子源48。測量了在基質(zhì)夾具40的平面與垂直于源材料44表面并基本平行于源材料觀察線的線之間的角度α。測量了在所說的基質(zhì)夾具的平面與所說的離子源的觀察線之間的角度β。這里報道了三種方法(方法1-3)，表Ⅰ列出了其幾何參數(shù)。
用于所說的三種方法中的蒸氣源材料包括鈦、碳化硼和硼。鈦和碳化硼包括99.9wt％的市售材料，而硼包括99.5wt％的市售材料。
典型的試驗包括清洗所說的基質(zhì)，沉積一個基礎(chǔ)涂層4、沉積一個第一中間層6、沉積一個第二中間層、沉積一個含硼和氮的涂層。表Ⅰ幾何參數(shù)
*“-”表明該參數(shù)沒有記錄表Ⅱ離子束基質(zhì)清洗參數(shù)
所說的基質(zhì)清洗可以包括使用溶劑和/或噴沙和/或用離子束轟擊所說的基質(zhì)。在使用氮離子束清洗時，氮氣流量可以為約每分鐘3～10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)，所說的真空室壓力可以為約1×10-6～5×10-2帕斯卡(Pa)，基質(zhì)溫度可以約為100～650℃，所說的離子束能量可以約為125～170eV，時間可以約為9～45分鐘。表Ⅱ列出了三種報導(dǎo)的方法的清洗條件。
對于所說的三種方法的基礎(chǔ)涂層4的沉積包括蒸發(fā)鈦。在沉積鈦時，所說的電子束設(shè)定可以約為5～11％，所說的真空室壓力可以約為0.07×10-4～10×10-4pa，所說的基質(zhì)溫度可以約為100～650℃，所說的蒸發(fā)速率可以約為0.2～0.65nm/s，所說的時間可以約為3～10分鐘。表Ⅲ列出了對于所說的三種方法的鈦沉積條件。表Ⅲ鈦沉積參數(shù)
用于所說的三種方法的第一中間層6的沉積包括沉積碳化硼。在沉積碳化硼時，所說的電子束設(shè)定可以約為6～10％，真空室壓力可以約為0.007×10-3～6×10-3Pa，基質(zhì)溫度可以約為200～650℃，蒸發(fā)速率可以約為0.05～0.5nm/s，時間可以約為5～35分鐘。表Ⅳ列出了對應(yīng)所說的三種方法沉積碳化硼的條件。
表Ⅳ碳化硼沉積參數(shù)
用于所說的三種方法的第二中間層8的沉積包括同時氮化和沉積碳化硼。在同時氮化和沉積碳化硼時，氮離子束能量可以約為10～170eV，氮氣流量可以約為10sccm，電子束設(shè)定可以約為6～10％，真空室壓力可以約為0.05×10-2～2×10-2pa，基質(zhì)溫度可以約為200～650℃，蒸發(fā)速率可以約為0.05～0.5nm/s，時間可以約為10～40分鐘。表Ⅴ列出了對應(yīng)所說的三種方法同時氮化和沉積碳化硼的條件。
表Ⅴ碳化硼的同時沉積和氮化參數(shù)
用于所說的三種方法的含硼和氮的涂層10的沉積包括同時氮化和沉積硼。在同時氮化和沉積硼時，離子束能量可以約為100～170eV或更大，氮氣流量可以約為10sccm，電子束設(shè)定可以約為6～11％，真空室壓力可以約為0.01×10-2～2×10-2pa，基質(zhì)溫度可以約為200～650℃，蒸發(fā)速率可以約為0.1～0.35nm/s，時間可以約為10～70分鐘。表Ⅵ列出了對應(yīng)所說的三種方法同時氮化和沉積硼的條件。
表Ⅵ硼的同時沉積和氮化參數(shù)
在方法1中，參考圖4，涂敷了4種基片，包括硅(p型)晶片(圖4中未表示)、一個SNGA432賽隆陶瓷刀具56，兩個SNMA432鈷膠結(jié)的碳化鎢刀片，其中一個為原有的表面58，另一個具有噴砂的表面60。
所說的賽隆陶瓷包括一種基本用美國專利No.4,563,433的方法制備的雙相氮氧化物(α-賽隆和β-賽隆)陶瓷，密度約為3.26g/cm3，200g的Knoop硬度約為18GPa，斷裂韌性約為6.5MPa·m1/2，彈性模量約為304GPa，剪切模量約為119GPa，體積模量約為227GPa，泊松比約為0.27，抗張強(qiáng)度約為450MPa，橫向斷裂強(qiáng)度約為745MPa，極限壓縮強(qiáng)度約為3.75GPa。
鈷膠結(jié)的碳化鎢(下文稱為組合物No.1)包括約6wt％的鈷，約0.4wt％的碳化鉻，其余為碳化鎢。對于組合物No.1，碳化鎢的平均晶粒尺寸約為1～5μm，氣孔率為A04、B00、C00(題為“在膠結(jié)碳化鎢中的顯氣孔率的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法”的ASTM Designation B 276-86)，密度約為14,900千克/立方米(kg/m3)，Rockwell A硬度約為93，磁飽和度約為90％，其中，100％等于約202微特斯拉立方米每千克鈷(μTm3/kg)(約160高斯立方厘米每克鈷(gauss-cm3/gm))，矯頑力約為285奧斯特，橫向斷裂強(qiáng)度約為3.11Gpa。
把所說的刀具用螺釘62固定在基質(zhì)夾具40上，但是，可以使用任何適當(dāng)?shù)姆椒?。通過把硅基質(zhì)材料的晶片夾在陶瓷基質(zhì)56和基質(zhì)夾具40之間把所說的晶片固定在基質(zhì)夾具40上。把一個熱電偶固定在基質(zhì)58和基質(zhì)夾具40之間以監(jiān)測涂層過程中的基質(zhì)溫度。
用俄歇光譜和深度分布分析方法1在硅晶片上的涂層。如圖7所述，確定了硼(B1以硼的KLL躍遷為基準(zhǔn))、氮(N1以氮的KLL躍遷為基準(zhǔn))、氧(O1以氧的KLL躍遷為基準(zhǔn))、碳(C1以碳的KLL躍遷為基準(zhǔn))、鈦(Ti1以鈦的LMM躍遷為基準(zhǔn))、硅(Si1以硼的LMM躍遷為基準(zhǔn))的原子濃度與濺射時間的函數(shù)關(guān)系。設(shè)定濺射面積為約3平方毫米(mm2)，而濺射速率用氧化鉭(Ta2O3)測定約為14.2納米/分(nm/min.)。所說的原子濃度結(jié)果、濺射時間和濺射速率可以用于確定原濃度與深度的函數(shù)關(guān)系。圖7表示了本發(fā)明的一種涂層組合的一個實施方案。先是一個含硼和氮的涂層(圖7中的濺射時間為～0-40分鐘)；隨后是一個含硼、碳和氮的涂層(圖7中的濺射時間為～50-80分鐘)；一個含硼和碳的涂層(圖7中的濺射時間為～100-150分鐘)；和一個含鈦的涂層(圖7中的濺射時間為～160-180分鐘)。應(yīng)該注意的是Ti2和Ti1+N1用于標(biāo)記含鈦層。Ti1和N1的信號是重合的；但是，含鈦涂層可以含有鈦或氮化鈦，或者兩者都含有。深度分布數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明含硼和氮的涂層含有約56-61原子百分?jǐn)?shù)的硼和約39-44原子百分?jǐn)?shù)的氮；含硼、碳和氮的涂層含有約48-52原子百分?jǐn)?shù)的硼、約29-34原子百分?jǐn)?shù)的氮、和約13-18原子百分?jǐn)?shù)的碳；含硼和碳的涂層含有約72-77原子百分?jǐn)?shù)的硼和約22-28原子百分?jǐn)?shù)的碳。
在D3工具鋼(55≤HRc≤60)的硬加工中試驗方法1的涂層的SNGA432賽隆陶瓷刀片56，試驗進(jìn)行15分鐘。該試驗是干運行的(即沒有切削流體)，使用約150 SFM的速度、0.0045ipr的進(jìn)刀、0.02”的切削深度、導(dǎo)角為-5°。此外，為了對比，對未涂層的SNGA432賽隆陶瓷刀片也進(jìn)行了試驗?；旧险f，所說的試驗結(jié)果表明所說的涂層可以令人滿意地結(jié)合在所說的陶瓷基質(zhì)上，并且在試驗的苛刻條件下能夠保持這樣的結(jié)合。
在方法2中，參考圖5，涂敷了7個基質(zhì)，包括硅(p型)(圖5中未表示)、一個SNGA432賽隆陶瓷刀片76，和6個CNMA432組合物No.1鈷膠結(jié)的碳化鎢刀片，具有原來的表面72、74、78、80、82和84。大致在基質(zhì)夾具的平面上布置3個熱電偶以監(jiān)測涂敷過程中的基質(zhì)溫度。第一個熱電偶固定在試樣76和基質(zhì)夾具40之間。用第一個熱電偶測得的溫度在表中表示為T1。第二個熱電偶固定在樣板基質(zhì)(圖5中未表示)和靠近基質(zhì)82的基質(zhì)夾具40之間并且在基質(zhì)82和基質(zhì)84的連線上。第二個熱電偶測得的溫度在表中表示為T2。第三個熱電偶固定在靠近基質(zhì)82的樣板基質(zhì)頂部，并且在基質(zhì)82和基質(zhì)84的連線上。第三個熱電偶測得的溫度在表中表示為T3。在基質(zhì)夾具上的所說的基質(zhì)與加熱元件68的相對位置沿這三排基質(zhì)產(chǎn)生了一個溫度梯度。
如表中所列的數(shù)據(jù)所示，按照試樣與電阻加熱器的相對位置，方法2中的基質(zhì)經(jīng)歷了不同的溫度。從這些不同溫度出發(fā)，人們可以預(yù)料在所得的涂層的組成上的差別。為了估算存在的任何差別在涂敷的組合物No.1刀片72、76、和84上進(jìn)行了俄歇光譜和深度分布分析。
俄歇光譜分析的結(jié)果分別列于圖8、9和10。深度分布分析局限于所說的含硼和氮的涂層以及所說的含硼、碳和氮的涂層。對于涂布的基質(zhì)72，所說的含硼和氮的涂層含有約65～85原子百分?jǐn)?shù)的硼和約15～35原子百分?jǐn)?shù)的氮；所說的含硼、碳和氮的涂層含有約30～34原子百分?jǐn)?shù)的硼、約44～48原子百分?jǐn)?shù)的氮，以及約18～24原子百分?jǐn)?shù)的碳。
對于涂層的基質(zhì)76，所說的含硼和氮的涂層含有約42～66原子百分?jǐn)?shù)的硼和約28～47原子百分?jǐn)?shù)的氮，以及約5～11原子百分?jǐn)?shù)的碳；所說的含硼、碳和氮的涂層含有約31～39原子百分?jǐn)?shù)的硼、約46～48原子百分?jǐn)?shù)的氮，以及約13～20原子百分?jǐn)?shù)的碳。
對于涂布的基質(zhì)84，所說的含硼和氮的涂層含有約37～76原子百分?jǐn)?shù)的硼和約22～51原子百分?jǐn)?shù)的氮，以及約0～12原子百分?jǐn)?shù)的碳；所說的含硼、碳和氮的涂層含有約31～38原子百分?jǐn)?shù)的硼、約42～51原子百分?jǐn)?shù)的氮，以及約11～22原子百分?jǐn)?shù)的碳。
此外，在涂布的基質(zhì)78、80和82上進(jìn)行了傅立葉變換紅外光譜(FTIR)分析，涂布的基質(zhì)78和80的反射FTIR光譜分別列于圖11和12中。這些光譜包括一個在約1480cm-1處的肩形凸出，、一個在約1200cm-1處的寬峰、和一個在約770cm-1的峰。涂布的基質(zhì)82的光譜表現(xiàn)出類似的特征，尤其是在約1200cm-1處的寬峰。圖12的反射光譜是用連接在一個Nicolet MAGNA滲入550光譜儀上的Spectra Tech IR-PlanMicroscope產(chǎn)生的。所說的系統(tǒng)包括一個紅外線源，一個MCT/B檢測器，和一個KBr分光鏡。使用128次掃描(using 128 scans)用金鏡背底以反射方式收集該分析的數(shù)據(jù)，光譜分辨率約為4cm-1，無校正，并且使用一種Happ-Genzel變跡法。
涂布的基質(zhì)82的實測Knoop硬度(用25克的負(fù)荷)范圍約為30GPa～41GPa，平均值約為34GPa。類似地，涂布的基質(zhì)82的實測Vicker’s硬度(用25克負(fù)荷)范圍約為21～32GPa，平均值約為25GPa。
通過用大致如P.C.Jindal,D.T.Quinto,&G.J.Wolfe在固態(tài)薄膜，Vol.154,pp.361-375,1987中的“在WC-Co基質(zhì)上的化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積涂層的結(jié)合性測量”一文所述的Rockwell A Brale壓頭確定出現(xiàn)第一個碎片跡象的臨界負(fù)荷，檢測涂層對方法2中的基質(zhì)的結(jié)合性的充分性。所說的涂層持續(xù)經(jīng)受60千克(kg)的負(fù)荷，而某些涂層用100kg的負(fù)荷首次出現(xiàn)碎片。
在D3工具鋼(55≤HRc≤60)的硬加工中使用涂層的CNMA432基質(zhì)82進(jìn)行20秒的試驗。測得基質(zhì)82上的涂層厚度約為1.2～1.4μm(用Calotte Scar測量法測定)。所說的試驗是干法運行的(即沒有切削流體)，速度為150 SFM，進(jìn)刀為0.0045 ipr，切削深度為0.02”，導(dǎo)角為-5°。此外，為了對比，還試驗了未涂布的CMMA432?；旧险f，結(jié)果表明，所說的涂層令人滿意地結(jié)合在所說的膠結(jié)碳化鎢基質(zhì)上，并且在所說的試驗的苛刻條件下保持所說的結(jié)合性。
在方法3中，參考圖6，涂敷了7個基質(zhì)，包括一個SNGA432賽隆陶瓷刀片86，三個SNMA432組合物No.1鈷膠結(jié)碳化鎢刀片88、94&98和三個SNMA432組合物No.2鈷膠結(jié)碳化鎢刀片90、92&96。
組合物No.2含有約5.7wt％的鈷、2wt％的TaC、其余為碳化鎢。對于組合物No.2，所說的碳化鎢的平均晶粒尺寸約為1～4μm，氣孔率為A06、B00、C00(每個ASTM Designation B 276-86)，密度約為14,950kg/m3，RockwellA硬度約為92.7，磁飽和率約為92％，矯頑力約為265奧斯特，橫向斷裂強(qiáng)度約為1.97GPa。
把所說的這些刀片用螺釘固定在基質(zhì)夾具40上，大致在基質(zhì)夾具40的平面上安裝兩個熱電偶，來監(jiān)測整個涂層試驗中的基質(zhì)溫度。第一個熱電偶固定在基質(zhì)92和所說的基質(zhì)夾具40之間。用第一個熱電偶測得的溫度在表中表示為T1，用第二個熱電偶固定在基質(zhì)92和基質(zhì)夾具40之間，用第二個熱電偶測得的溫度在表中表示為T2。
在本申請中所列的所有專利和其它文獻(xiàn)在本文中都引作參考。
前面描述的本發(fā)明的內(nèi)容有許多優(yōu)點，包括允許使用含有硼和氮，優(yōu)選的是cBN的涂層的切削刀具，如用于車削和銑、鉆、端銑、鉸孔的加工刀具等切削刀具和其它可變換角度的和不可變換角度的刀具。而且，這種刀具可以用于加工金屬、陶瓷、聚合物、及其組合的復(fù)合材料，以及它們的組合。特別地，這種刀具可以用于切削、鉆孔和成形與金剛石不相容的材料，例如，鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金、鈦基合金、硬化的鋼、硬質(zhì)鑄鐵、軟質(zhì)鑄鐵、和燒結(jié)的鐵等。
雖然已經(jīng)參考某些優(yōu)選的方案非常詳細(xì)地描述了本發(fā)明，其它方案也是可能的。實例包括如用于電子應(yīng)用中的TAB結(jié)合劑、模具、沖頭等用途的耐磨部件上的涂層；在采礦工具、建筑工具、土壤鉆探工具、巖石鉆探工具中的碳化物刀頭上的涂層；用于抗磁(MR)計算機(jī)磁盤驅(qū)動器中的滑板上的薄涂層；以及在條形碼掃描器窗口的透明涂層。所以，所附的權(quán)利要求的范圍和實質(zhì)不應(yīng)該局限于本文所包括的優(yōu)選的方案的描述。
權(quán)利要求
1.一種加工材料的切削刀片，包括一個前傾面；一個后傾面；一個在所說的前傾面和后傾面交界處的切削刀刃；一種在至少一部分的所說的前傾面、后傾面和切削刀刃上的涂層，所說的涂層包括一個與所說的基質(zhì)相鄰的含鈦涂層；一個與所說的含鈦涂層相鄰的含硼和碳的涂層；一個與所說的含硼和碳的涂層相鄰的含硼、碳和氮的涂層；和一個與所說的含硼、碳和氮的涂層相鄰的含硼和氮的涂層。
2.一種切削刀具，包括(a)一種基質(zhì)和(b)一種在至少一部分所說的基質(zhì)上的涂層，所說的涂層包括(ⅰ)一個與所說的基質(zhì)相鄰的基礎(chǔ)涂層；(ⅱ)一個與所說的基礎(chǔ)涂層相鄰的含硼和碳的涂層；(ⅲ)一個與所說的含硼和碳的涂層相鄰的含硼、碳和氮的涂層；(ⅳ)一個與所說的含硼、碳和氮的涂層相鄰的含硼和氮的涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的切削刀具，其中，所說的基礎(chǔ)涂層含有鈦、鉿和鋯中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的切削刀具，其中，所說的基礎(chǔ)涂層含有鈦。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的切削刀具，其中，所說的基質(zhì)包括金屬陶瓷、陶瓷和金屬中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的切削刀具，其中，所說的基質(zhì)包括鈷膠結(jié)碳化鎢。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的切削刀具，其中，所說的含硼和氮的涂層含有約38～85原子百分?jǐn)?shù)的硼。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的切削刀具，其中，所說的含硼和氮的涂層含有立方氮化硼。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的切削刀具，其中，所說的涂層的反射FTIR光譜包括在1200cm-1處有一個寬的峰。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的切削刀具，其中，所說的含硼、碳和氮的涂層的B∶N比值約為29∶71～54∶46，碳含量約為11～26原子百分?jǐn)?shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的切削刀具，其中，所說的含硼、碳和氮的涂層的N∶C比值約為74∶26～89∶11，硼含量約為29～54原子百分?jǐn)?shù)。
12.在至少一部分基質(zhì)上的涂層，所說的涂層包括(a)一個與所說的基質(zhì)相鄰的基礎(chǔ)涂層；(b)一個與所說的基礎(chǔ)涂層相鄰的含硼和碳的涂層；(c)一個與所說的含硼和碳的涂層相鄰的含硼、碳和氮的涂層；和(d)一個含硼和氮的涂層。
13.一種制造包括一種基質(zhì)和一種在至少一部分所說的基質(zhì)之上的涂層的方法，所說的方法包括(a)提供一種基質(zhì)，(b)在所說的基質(zhì)上形成一個基礎(chǔ)涂層；(c)在所說的基礎(chǔ)涂層上形成一個含硼和碳的涂層；(d)在所說的含硼和碳的涂層上形成一個含硼、氮和碳的涂層；以及(e)在所說的含硼、氮和碳的涂層上形成一個含硼和氮的涂層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所說的含硼和氮的涂層含有約38～85原子百分?jǐn)?shù)的硼。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所說的含硼和氮的涂層含有約15～62原子百分?jǐn)?shù)的氮。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所說的含硼和氮的涂層含有氮化硼。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所說的含硼和氮的涂層含有立方氮化硼。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，一種反射FTIR光譜包括在約1200cm-1處有一個寬的峰。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所說的含硼、碳和氮的涂層的B∶N比值約為29∶71～54∶46，碳含量約為11～26原子百分?jǐn)?shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所說的含硼、碳和氮的涂層的B∶N比值約為29∶71～41∶59，碳含量約為11～26原子百分?jǐn)?shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所說的含硼、碳和氮的涂層的N∶C比值約為74∶26～89∶11，碳含量約為29～54原子百分?jǐn)?shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所說的基質(zhì)包括金屬陶瓷、陶瓷或金屬中的至少一種。
全文摘要
提出了一種涂層組合,包括一個令人滿意地結(jié)合到基質(zhì)(2)上的含硼和氮的涂層。所說的令人滿意地結(jié)合的涂層組合包括一個基質(zhì)涂層(4),一個第一中間層(6)、一個第二中間層(8)和含硼和氮的涂層(10)。所說的涂層組合適合于用于鉆孔、車削、銑和/或成形硬質(zhì)的難切削的材料的刀具。所說的涂層組合已經(jīng)用PVD技術(shù)應(yīng)用于包括金屬陶瓷或陶瓷的切削刀片。所說的硼和氮的涂層優(yōu)選的是包括氮化硼,更優(yōu)選的是包括立方氮化硼。
文檔編號B23P15/28GK1215436SQ97193579
公開日1999年4月28日 申請日期1997年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月4日
發(fā)明者A·因斯皮克多 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司