專利名稱：：用于制備涂覆底材型體的方法、具有涂層的底材型體及此涂覆底材型體的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種通過CVD沉積至少一層由元素周瓶良中第IVa至VIa;^r屬的碳氮卩彌組成的層而制備涂a^材型體(K5rper)的方法。jH^卜，4^發(fā)明涉^^^種^^t^，^^^其用途。
背景技術(shù)：
：石M材料涂層是自很久以來就已知的，并用于提高型體表面處的耐磨性。尤其是在作為切削刀^f捐的底鄉(xiāng)體方面，單層或多層的表面涂層已經(jīng)被有效l吏用了多年。TiCN和TiC屬于已知的防磨層。DE2505007Al中描述了財纟失、硼、絲元素周^^IVa至VIa族的it度金屬或它們的衍生物的碳化物、氮化物和/i^f/f匕物的it^材，可利用食^^供碳或氮的有才綠質(zhì)，必要時在另外的添加劑存在下，沉積出來。作為有才^^和氮*^許多物質(zhì)，尤^^A^J^。所^^L的金屬的^t生物應以氬化物、ili^^、tt氬^^、金屬有才;u^^和鹵^^的形式^^1?；瘜W沉積法(CVD)應在500"至800"C之間進行。jW^卜，尤其在DE2505008Al中還提及，按照此方法由碳化物、氮/ft^和/或碳氮^^制備擴^ti:。ji^卜，按賄技術(shù)已知的是，cvd法允iW&^800t:至iooox:之間的溫度下進行。所謂的中溫CVD法的優(yōu)勢在于，涂覆時(襯材料不再如以前通常的那樣受到高溫，在高溫下部分清況下底，體發(fā)生非期望的組織改變。例如參見EP0440167Bl，其中描迷了一種意于借助于CVD在700'C至9001C的溫度下，在金屬陶資底^m體上涂上至少一層^/fm層的方法，其中在使用的CVD法中除了四氯^^i^卜還意于^^J一種含乙猜的^氣體'使用中溫法來沉積TiCN層中獲得具有織構(gòu)化層M構(gòu)的涂層，該涂層具有高的耐磨性。中溫CVD工藝^文獻US2002/0012818Al，US6,472,060Bl，EP1471166A2和EP1471165A2中提及。在這些文獻里，在^目中尤其加入C0和0)2作為#^劑，由iHli要力求晶并立細^:。才娥iW技術(shù)，TiC大多^JUCH,借助于CVD法來沉積。在DD276603A3中提出用含C6H6的氣體〉V^^Mt^TiC。苯作為^l栽體也可與城氮的f汴生物結(jié)合用i(U^^TiCN。對TiCN和ZrCN層的研究已表明，這些具有確定結(jié)構(gòu)的層，比非織構(gòu)化的層具有更好的磨損性能。^^K的碳氮^^層的織構(gòu)化可通it^擇在^目中的反應物;JJM^制，在文獻"Mat.iiss.u.Werkstofftech.(材糾學與材料技術(shù))，25,79—85(1994)"中描述了不同種的;)^tCVIHn。itt材料層的制備、結(jié)構(gòu)和耐磨性的影響，結(jié)果是，^f材料層的組織結(jié)構(gòu)擬艮大程紅決定了其^^定石Jtl或耐磨性。相對頓晶粒的TiCx層，其在W目中^^l正JHt制備，絲出相對較粗晶粒的^的柱，織，該組織具有提高的產(chǎn)生*的傾向。而由苯制備的Tia層顯示出細結(jié)晶的粒j^且織，該組織具有高的4;i^l定性。在^4失的切削中優(yōu)選^^l具有TiCN層的M型體，絲有高的含^^量.如果意于用TiCN涂覆的底，體來切削鋼，則^L^旨技術(shù)，選^^具有提高的氮辨的TiCN。在已知的CVD法中，TiCN層中C/N比例可通ii^L變N2(作為唯一的氮供沐)和014(作為唯一的碳供本)在^目中的氣體量#制，然而扭(^f到的是具有各向同性的性能的TiCN層，其與具有各向異性的性能的TiCN層相比耐磨',差。
發(fā)明內(nèi)容由上述的:W技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務在于闡明一種方法，利用這種方法能夠制名一種具有高耐磨性的層或備沐系。本發(fā)明的任務還意于在于，闡明相應的^^t^^m^^其用途，首^y^的任務可通過:^5U'^"求i所述的方法解決。本發(fā)明方法進一步^ii^M，J^求2至19中描述。按照本發(fā)明，在CVD^^、過程中，U中ftH吏用有4幾氮載體，^W，還^^]有才;i^載體，^t^單環(huán)烴。通過使用確定的有積^^-氮載體的濕合比例，也^i兌一方面，例如腈，尤其是乙腈，或胺，如乙#/或二甲胺，或含氮的雜環(huán)烴，例如P比^^t^三哇作為氮脅，并且，單環(huán)烴，例如苯、曱苯、環(huán)己烷、苯乙烯作為碳餅，能夠有針對'I^^調(diào)節(jié)(移動)械氮^^層中c/n比例，其中^fc;c^的層為各向異r生，即織構(gòu)〗匕的。按照此方法制備的底#^^#別具有^2500的顯孩t5無變HV0.05。按照本發(fā)明艇的應用領(lǐng)劾切削，特別;UUI高于250m/min的高切割速率的車削、銑削或鉆削，尤其在^i目中使用乙腈作為腈。作為單環(huán)烴尤^it^或環(huán)己烷，但也可使用曱苯、二曱苯、苯乙烯和/或前面M的單環(huán)烴的混合物。按照本發(fā)明進一步的實施方式，除了有機氮載體和單環(huán)烴，還向^f目中添加N2氣形式的游離態(tài)的氮和/或一氧化碳C0氣體和/或NH3。通iiit些添加劑能夠進一步細化晶粒尺寸，并改變TiCN層中的織構(gòu)和C/N比例。M的是，涂層在880iC至970t:的溫度下，尤其是在94(TC至970匸下被涂上。按照本發(fā)明的進一步的實施方式，在涂覆過程中^A壓力選^^為在5kPa至50kPa之間，艦10kPa。^m體可由金屬、金屬陶瓷、石itt合金、陶資或立方氮4匕硼(CBN)和鋼構(gòu)成o在本發(fā)明的范圍內(nèi)既可能的是，^^的層是在底鄉(xiāng)體上單一的層，多層中的;tA層，或中間層，尤其是一種擴散阻擋層。在多個涂^g:的情況下，單個層可具有相同或不同的紐*^/或結(jié)構(gòu)。單一層的厚度或多個^L^^之一的厚度^i^0.1ym和15jnm之間。按照本發(fā)明，多層涂層的總厚;l^大為25ym,尤其最大為10nm。所述一個或多個^^^it由鈦、鋯、鉿、M鉻的碳氮^^或它們的混合晶體組成。為增加石^1，涂覆過程中在^i目中腈(AN)與單環(huán)烴(BZ)的比例選擇為在1:0與1:1之間，M2:l與1:16之間，尤其是l:3與1:IO之間。按上述方法特征制備的底材型,照本發(fā)明優(yōu)選具有顯微石嫂HV0.0522500的涂層。如仍已說明的那樣，該切割部件特別適用于采用高切割速率的切削操怍。按照本發(fā)明的涂^M^體也可作為耐磨構(gòu)^H吏用，其中防磨層可另外與其它按照S^技術(shù)已知的防磨層結(jié)合。如果j^L化防磨層的殘余應力和/或表面質(zhì)量，可將涂^^m^i^行后續(xù)處理，尤其是通過噴砂iU'J擦。本發(fā)明其它優(yōu)點和實施例在下文闡明，^Ht助于附圖描述。圖la、2a和3a分別顯示在不同Mr中得到的TiCN晶粗結(jié)構(gòu)的餘現(xiàn)圖，圖lb、2b和3b分別顯示相應晶凈i^構(gòu)的REM斷口組織照片，并且圖4顯示各種TiCN變體的^1^化與在乙腈/^^^中苯^J:的關(guān)系的曲線圖示。具體實施例方式在一個M的實施例中^U了一種;Mt^體，其由《線為85.3質(zhì)堂/。WC，2.7質(zhì)*%的^^碳>[^^(即，碳^4S、碳^^^碳^4^)和12質(zhì)i^的鈷的硬質(zhì)^^咸。將此型絲一個涂;t^器中，在940匸至970C的溫度和8kPa(80毫巴)的壓力下進4亍CVD工藝，其中在不同試瞼系列中，乙腈(AN)與苯(BZ)的比例在1:0與0:1之間變化。除e^的有4一質(zhì)外，在U中還可包含TiCl4和作為載氣的H2。在第二#系列中，在由乙腈和苯構(gòu)成的氣體^^物的在其它方面相同的Mr^Ht下，還附加地添加純的氮氣，并JLt另外的^系列中附加地添加氮，一氧化碳。TiCL的百分比氣體^f:為2.3#，、％,而在第一^系列中，苯^f:在0.4至2.2^F、。/i之間變化，乙腈(Aceton)>^*在0.14至0.7體積"ML間變化，^i:分別為H2。在笫三系列中附加加入20傳4^/。的氮氣，在第四艮瞼系列中附加加入1%—氧化氮(4"種情況下?lián)p失氫氣的剩^^額)。對比^i^表明，tt苯短的增加(與純乙耐目比)，晶粒尺寸變小，其中涂覆的TiCN的典型^y^;^狀的結(jié)構(gòu)^改變，并且苯^*的增加，變^變細的^f^直至薄片狀TiCN晶體形式。才Mt圖la，b與圖2a，b的REM照片的對比顯示了組織的變化。在同樣的溫度和壓力下，在第一種情況中，氣體;^^中只含乙腈，而不含苯，而如圖2a，b的涂層中，苯^*占主糾分。在^^襯和較大乙腈^f:時，通過往氣體;^^中添加氮氣(參廝娥圖3a和b的REM照片)，晶粒結(jié)構(gòu)要細于無^氮氣^^時涂覆的TiCN涂層中加入氮氣僅僅導致類似層狀的晶粒結(jié)構(gòu)。如果另外加入一氧化碳，則得到晶粒結(jié)構(gòu)SO.1jum的ii一步晶并立細4匕。如果^i目中除栽氣ft和TiCL外僅僅使用乙腈，則在沉積的TiCN中得到<220>織構(gòu)以及<220>和<331>的組合。如果在CVD沉積過程中在氣氛中存在氮氣或氮氣和氧氣，這一點也不會變化。但(^在氣體;^^中苯^i:的增加，織構(gòu)發(fā)生變化，在此主要測量到<331>織構(gòu)，^E也有〈222〉和〈220〉織構(gòu)的組合。在苯^i:低時，在此微系列中揭到<422>和<331>織構(gòu)的組合。^it過較大碳^i:所預期的那樣，M苯^ir的上升，沉積的TiCN的晶格常數(shù)變大。通it^氣體^^物中加入另外的氮氣(N2)，和/或另外加入CO，能夠xt^^P、的TiCN的晶格常數(shù)產(chǎn)生進一步的影響。妙定性的是，i5t^的TiCN層的石嫂能夠被明顯提高，這由圖4中的曲線圖證明。在TiCN^^P、中，其中降乙腈夕卜還4捐苯，能夠?qū)峉^級的明顯提高，其中硬度曲線經(jīng)歷最大值，該最大值大約在乙腈與苯的比例處于1:3至1:IO之間的范圍內(nèi)。如果除了金屬氯^^和氬"卜，在^A中還含乙腈、林氮氣，則在此范圍內(nèi)可通it^加氮和^M^得扭匕最大^h^l的進一步提升，其中獲得最大妙。^^損試驗中每種情況下研究了/t^T形狀XPHT160412的切割型體，向此切割型體上涂上按照本發(fā)明的涂層。層結(jié)構(gòu)均一地由前面已i兌明紐成的^合金底材型體以及層序TiN-TiCN-Al203構(gòu)成。所有涂層;t^娥所謂的中溫CVD法涂上。表l中引A^"比切割型體作為MT-CVD，其中為了;^P、TiCNyg^僅^^)乙腈、四氯^^氫氣作為栽氣。與此對比這樣的切割型體，其在其它方面相同的組成下具有TiCN層，該層在具有低、中以及高苯^i:的^A中;:L積而來。在不同的切割速率下用角形^7處S^且成為42CrMoV的工具鋼，其中除不同切割速率外，選#^刀割^1&^2咖，絲it^量f尸0.25咖/U。如錄I可看出，與參比^(MT"CVD)相比，在所有^r系列中^JU壽命可提高，其中最長使用壽命在每種情況下在AN:BZ比例為1:1至1:10并且切割速率為250m/min時輛。表I<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.通過CVD沉積至少一層由元素周期表第IVa至VIa族金屬的碳氮化物組成的層而制備涂覆底材型體的方法，其特征在于，在氣氛中存在至少一種有機碳載體和至少一種有機氮載體。2.權(quán)利要求l的方法，，征在于，氮栽體為腈或胺或雜環(huán)烴或它們的混*。3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，碳栽體為單環(huán)烴。4.權(quán)利要求2或3的方法，##棘于，猜為乙腈。5.權(quán)利要求2、3或4的方法，其特征在于，胺為乙胺，^it二曱胺。6.權(quán)利要求2至5中<—項的方法，^#絲于，雜環(huán)烴為^ti^比絲三峻。7.權(quán)利要求3至6中^-"項的方法，^#棘于，單環(huán)烴由苯、甲苯、二曱苯、苯乙烯和/或環(huán)己烷或它們的混^組成。8.權(quán)利要求1至7中《i""項的方法，^#棘于，另夕卜在涂覆it^呈中向氣氛中導入游離態(tài)的氮氣0Q和/或一氧4械(C0)和/或NH3。9.權(quán)利要求1至8中任一項的方法，其特征在于，所述涂層在880X:至970。C，艦940'C至970'C的溫度下^^覆。10.權(quán)利要求1至9中^^項的方法，^#棘于，涂覆過程中的^y^力在5kPa至50kPa之間，優(yōu)選10kPa。11.權(quán)利要求1至10中^^項的方法，^#錄于，底鄉(xiāng)體由金屬、金屬陶瓷、M合ir、陶資、立方氮^^(CBN)或高i44P^。12.權(quán)利要求1至11中4—項的方法，^NM^于，所iiJ;C^、的層是在底，體上的單一層，多層中的^A層，或中間層，尤其是擴散阻擋層，或者沉積多個具有相同或不同組成和/或結(jié)構(gòu)的層。13.權(quán)利要求12的方法，^#4￡^于，所^i單一層或多個^^Pv^^—具有0.1jnm至15jam的厚度。14.權(quán)利要求13的方法，^#絲于，多層涂層的總厚^25jLim,特別是《10pm。15.權(quán)利要求1至14中任一項的方法，其特征在于，所述一個或多個^^P、層由Ti、Zr、Hf、V或Cr的碳氮化物或它們的混合晶體^L^。16.權(quán)利要求1至15中4P項的方法，^#絲于，氮栽體(AN)與單環(huán)烴(BZ)的比例在1:>0與〉0:1之間，M在2:1與1:16之間，尤其是在1:2與1:10之間。17.權(quán)利要求2至16中任一項的方法，其特征在于，腈(AN)與單環(huán)烴(BZ)的比例在1:>0與>0:1之間，^i^t2:1與1:16之間，尤其是在1:2與1:10之間。18.權(quán)矛虔求3至11中^-~項的方法，^#棘于，乙腈(AN)與苯(BZ)的比例在1:〉0與>0:1之間，2:1與1:16之間，尤其是在1:2與1:10之間。19.權(quán)利要求1至18中^-項的方法，^#^于，通it^目應于期望,擇，而調(diào)節(jié)(移動)^f/f^層中的C/N比例。20.具有涂層的底鄉(xiāng)體，##絲于，此底湘射Mt利要求1至19中^~"項的方法制備，并且該涂層具有的顯^f先變HV0.05為》2500。21.^UF，J^求20的具有涂層的;M^體，^#絲于，該涂層財各向異性的性能。22.;J5U，J^求20或21的涂絲鄉(xiāng)體的用途，其作為切割型體用于iM)》250m/min的切割速率的切削，艦車削、銑削或鉆削，尤其是《P^t^^t材料的車削、銑削或鉆削。全文摘要本發(fā)明涉及一種通過CVD沉積至少一層由元素周期表第IVa至VIa族金屬的碳氮化物組成的層而制備涂覆底材型體的方法，此方法中，除腈外，在沉積過程中的氣氛中還使用單環(huán)烴。按照本發(fā)明，如此制備的涂覆底材型體具有高硬度，并優(yōu)選用于切割速率≥250m/min的切削操作。文檔編號C23C16/36GK101305112SQ200680034526公開日2008年11月12日申請日期2006年10月7日優(yōu)先權(quán)日2005年10月15日發(fā)明者D·倫克,H·范登伯格,H·韋斯特法爾,V·佐特克申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金維迪亞產(chǎn)品有限公司及兩合公司