專利名稱：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發(fā)明涉及通過DC濺射法用至少一個(gè)TihAlxN層來涂覆基片的一種方法，該基片 是由燒結(jié)碳化物、金屬陶瓷、鋼、或陶瓷構(gòu)成。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種已經(jīng)通過上述方法被 涂覆的工件或工具并涉及其用途。目前為機(jī)加工金屬而生產(chǎn)的大多數(shù)燒結(jié)碳化物切削元件是被涂覆的，以使得切削 鑲片更硬和/或更耐磨。來自體系Ti-Al-N-C的硬質(zhì)材料被選擇例如作為該涂層。除CVD 方法之外，PVD方法也被用于這種涂覆。一種特別的PVD法是被稱為電弧PVD的方法。借助于一個(gè)觸發(fā)器，在一個(gè)陽極(例 如一個(gè)室壁)與一個(gè)陰極(由(金屬的)涂覆材料組成)之間觸發(fā)電弧。這在陰極產(chǎn)生了 如此高的溫度使得該材料局部熔化并蒸發(fā)。由此該電弧移動(dòng)穿過該陰極。該電弧中，這些 蒸發(fā)的粒子幾乎被完全電離。通過這種電弧-PVD法，有可能來例如生產(chǎn)具有有利的 (200) 織構(gòu)的TiAlN層。用于使該涂覆材料蒸發(fā)的另一種PVD法，例如像在DE 10 2005 021 927A1中概括 地描述的，是被稱為濺射(陰極濺射)的方法。在這種情況下，用高能離子對由涂覆材料組 成的靶材進(jìn)行轟擊，因而原子從固體本體中分離出并且轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?。通過濺射，可以產(chǎn)生出 色的表面品質(zhì)，特別是具有低粗糙度的表面。一個(gè)特別的濺射法是高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)，它通過以一種脈沖的方式來 將電源供給充當(dāng)陰極的靶材而著名(這方面參見DE 10 2006 017382AU US 6，296，742)。 在這種情況下提供的功率密度是如此之高以至于所發(fā)生的輝光放電已經(jīng)具有電弧放電的 特征。在HIPIMS的情況下，使用了非常高的電壓。因?yàn)樵摪胁谋挥米麝帢O，所以這種方法 涉及增強(qiáng)的再濺射效應(yīng)，這導(dǎo)致了低的沉積速率。這伴隨的情況是生長速度是較低的。在EP 10 17870 Bi，披露了具有保護(hù)層系統(tǒng)的一種工具。該工具具有一個(gè)MeX涂 層，其中Me包括鈦和鋁并且X是氮或碳中的至少一種。(200)面與(111)面的衍射強(qiáng)度之 比Q1大于1。對于該層之中的壓縮應(yīng)力σ，IGPa ( σ ( 6Gpa。選擇電弧氣相沉積或通過 反應(yīng)濺射的氣相沉積作為涂覆方法。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法，通過該方法有可能生產(chǎn)結(jié)合了濺射法與電弧 法的優(yōu)點(diǎn)的涂層，即，使之有可能獲得具有低粗糙度以及有利的(200)織構(gòu)的一種涂層。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種工件，該工件具有一個(gè)具備上述特性的涂層。本發(fā)明的另一個(gè)目的是使用特別適合于對金屬進(jìn)行機(jī)加工的多種工具。這些目的通過權(quán)利要求1中所述的方法、權(quán)利要求6所述的硬質(zhì)材料涂覆的工件、 并且通過權(quán)利要求9中所述的它的用途而得以實(shí)現(xiàn)。在如權(quán)利要求1所述的方法的情況下，使用多種電離助劑來增大等離子體密度。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)有利的實(shí)施方案提供，該等離子體密度通過空心陰極效 應(yīng)而增大。該空心陰極效應(yīng)可以在輝光放電的過程中在某些先決條件下觀察到。在輝光放 電的過程中，在這些陰極的表面上形成了被稱為陰極壓降或輝光接縫的區(qū)域。若將鄰近的 陰極表面帶到一起如此近因而這些區(qū)域重疊，則等離子體的準(zhǔn)中性被克服并且發(fā)生流過這 些表面的氣體的大的電離作用。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)，使所有這些反應(yīng)氣體均通過一個(gè)空心陰極。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的DC濺射法的情況下，使該空心陰極放電永久地運(yùn)作。該方法的另一個(gè)有利的改進(jìn)在于使用磁場來增大等離子體密度，這些磁場線優(yōu)選 是與待涂覆的基片表面垂直的。洛侖茲力垂直于運(yùn)動(dòng)的方向作用在以速度ν相對于磁場運(yùn) 動(dòng)的帶電粒子上。在均勻磁場的情況下，這些粒子在圓形路徑上運(yùn)動(dòng)，由此等離子體密度增 大。通過權(quán)利要求1所述的方法而生產(chǎn)的工件的一個(gè)有利的改進(jìn)在于，在該TihAlxN 層中，0.5彡χ彡0.7適用于χ。一個(gè)進(jìn)一步有利的改進(jìn)在于，該的厚度是至多15 μ m、優(yōu)選至多10 μ m。通過權(quán)利要求1所述的方法生產(chǎn)的權(quán)利要求4所述的工件特別好地適用于生產(chǎn)機(jī) 加工、成型或沖孔工具，優(yōu)選是可分度鑲片、柄式工具，特別是鉆頭或銑刀，或磨損部件。下面參考附圖
解說根據(jù)本發(fā)明 的方法的有利的改進(jìn)，其中圖Ia和b示出了空心陰極效應(yīng)的發(fā)生，圖Ic示出了穿過該空心陰極的氣流，圖2示出了由附加的磁場引起的等離子體密度的增大。在輝光放電過程中，在陰極1處發(fā)生陰極壓降或輝光接縫2。如果使這些陰極1在 箭頭3的方向上朝向彼此移動(dòng)足夠的程度，則這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)區(qū)域4，該區(qū)域中這些輝光接縫 會(huì)重疊。在這個(gè)區(qū)域中，該等離子體的準(zhǔn)中性被克服。如果使中性氣體5通過區(qū)域4，則氣 流7被電離并且產(chǎn)生等離子體6。圖2中描繪了增大該等離子體密度的另一種可能性。使待涂覆的基片10被具有 磁場線11的垂直安排的磁場穿透。由于洛倫茲力的作用迫使帶電粒子13是在圓形路徑12 上，由此該等離子體的密度增大。利用根據(jù)本發(fā)明的方法并且利用通過根據(jù)本發(fā)明的方法而被涂覆的切削鑲片，已 經(jīng)有可能在對比試驗(yàn)中確定以下優(yōu)點(diǎn)。實(shí)例142Cr Mo 4V的拐角銑削(單齒測試)統(tǒng)刀類型M680D63Z1可分度鑲片的形式XPHT160412切削速度Vc = 220m/min每齒進(jìn)料fz = 0. 25mm切削深度ap = 2. 5mm接觸寬度ae = 38mm具有的織構(gòu)系數(shù)為Q1 = 0. 4的標(biāo)準(zhǔn)涂層實(shí)現(xiàn)了 4000mm的工具壽命旅程。相比之 下，具有的織構(gòu)系數(shù)為Q1 = 1. 8并且內(nèi)部壓縮應(yīng)力為-1. 6Gpa的一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方 案實(shí)現(xiàn)了 7000mm的工具壽命旅程。實(shí)例25CrNi 18-10的拐角銑削(單齒測試)統(tǒng)刀類型M680D63Z1可分度鑲片的形式XPHT160412調(diào)整角度90°
切削速度Vc = 100m/min每齒進(jìn)料fz = 0. Ilmm切削深度ap = 2. 5畫接觸寬度ae = 35mm具有的織構(gòu)系數(shù)為Q1 = 0. 8的標(biāo)準(zhǔn)涂層實(shí)現(xiàn)了 1700mm的工具壽命旅程。利用根 據(jù)本發(fā)明的一個(gè)涂層，該涂層具有的織構(gòu)系數(shù)Q1 = 2. 67并且內(nèi)部壓縮應(yīng)力為-1. 8Gpa，實(shí) 現(xiàn)了 2800mm的工具壽命旅程。實(shí)例 35CrNi 18-10的拐角銑削(單齒測試)統(tǒng)刀類型=M68OD8OZl可分度鑲片的形式XPHT160412調(diào)整角度90°切削速度Vc = 250m/min每齒進(jìn)料fz = 0. 15mm切削深度 ap = 2. 5mm接觸寬度ae = 24mm具有的織構(gòu)系數(shù)為Q1 = 0. 6的標(biāo)準(zhǔn)涂層實(shí)現(xiàn)了 2400mm的工具壽命旅程。具有 的織構(gòu)系數(shù)Q1 = 2. 5并且內(nèi)部壓縮應(yīng)力為-1. 6Gpa的一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了 3600mm的工具壽命旅程。實(shí)例 4CK 45的拐角銑削(單齒測試)統(tǒng)刀類型=M68OD8OZl可分度鑲片的形式XPHT160412調(diào)整角度90°切削速度Vc = 280m/min每齒進(jìn)料fz = 0. 25mm切削深度 ap = 2. 5mm接觸寬度ae = 44mm具有的織構(gòu)系數(shù)為Q1 = 0. 6的標(biāo)準(zhǔn)涂層實(shí)現(xiàn)了 5400mm的工具壽命旅程。具有 的織構(gòu)系數(shù)Q1 = 2. 5并且內(nèi)部壓縮應(yīng)力為-1. 5Gpa的一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了 7400mm的工具壽命旅程。
權(quán)利要求
一種通過DC濺射法用至少一個(gè)Ti1 xAlxN層來涂覆由燒結(jié)碳化物、金屬陶瓷、鋼、或陶瓷所構(gòu)成的基片的方法，其特征在于，將多種電離助劑用于增大等離子體密度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該等離子體密度是通過空心陰極效應(yīng)而增大。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，使得所有這些反應(yīng)氣體均穿過一個(gè)空心陰極。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于一種DC濺射法，其中使該空心陰極放電 永久地運(yùn)作。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用磁場來增大該等離子體密度，這些磁場 線優(yōu)選是與待涂覆的基片表面垂直的。
6.一種硬質(zhì)材料涂覆的工件或工具，該工件或工具具有一種燒結(jié)碳化物、一種金屬陶 瓷、鋼或陶瓷的基片以及至少一個(gè)具有的Q1商> 1的TihAlxN層的，其中Q1是1(200)與 I(Ill)的衍射強(qiáng)度之比，它們分別可歸因于在使用S-2 θ方法的該材料的X-射線衍射中 的(200)晶格面和(111)晶格面，其特征在于，由DC濺射產(chǎn)生的這個(gè)層具有的內(nèi)部壓縮應(yīng) 力為-IGpa 至 _2Gpa。
7.如權(quán)利要求6所述的工件或工具，其特征在于，在該TihAlxN層中，0.5 < χ < 0. 7。
8.如權(quán)利要求6或7所述的工件或工具，其特征在于，該TihAlxN層的厚度是至多 15 μ m、優(yōu)選至多10 μ m。
9.如權(quán)利要求6至8中的任何一項(xiàng)所述的工件或工具用于生產(chǎn)機(jī)加工、成型或沖孔工 具，優(yōu)選可分度鑲片、柄式工具，特別是鉆頭或銑刀，或磨損部件的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過DC濺射法用至少一個(gè)Ti1-xAlxN層來涂覆基片的方法，該基片是由燒結(jié)碳化物、金屬陶瓷、鋼、或陶瓷所構(gòu)成。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種已經(jīng)通過上述方法而被涂覆的工件或工具并涉及其用途。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法，通過該方法有可能來生產(chǎn)結(jié)合了濺射法與電弧法的優(yōu)點(diǎn)的涂層，即，是指有可能獲得一種具有低粗糙度以及有利的(200)織構(gòu)的涂層。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種工件，該工具具有一個(gè)具備上述特性的涂層。本發(fā)明的另一個(gè)目的是使用特別適合于對金屬進(jìn)行機(jī)加工的工具。通過本方法實(shí)現(xiàn)的目的的特征在于使用了多種電離助劑來增大等離子體密度。
文檔編號(hào)C23C14/00GK101981222SQ200980111387
公開日2011年2月23日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者M·阿德特, R·塔博斯基 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司