多层硬质皮膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种能够延长构件寿命的多层硬质皮膜。多层硬质皮膜(1)，其是在基材(2)的表面上形成的，所述硬质皮膜(1)的特征在于包含Til-xSix(BpCqNr)[其中0.05≤x≤0.4，p≥0，q≥0，r＞0，p+q+r＝1]的层A(11)和包含选自Til-a-g-bBaCgNb[其中0.05≤a≤0.5，0.25≤b≤0.6，0≤g≤0.5]、Sil-c-dCcNd[其中0.2≤c≤0.5，0.25≤d≤0.5]、Bl-e-fCeNf[其中0.03≤e≤0.25，0.3≤f≤0.55]、TiB2、SiC和B4C的组中的至少一种组分的层B(12)相互交替层叠在上述表面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了一种能够延长构件寿命的多层硬质皮膜。多层硬质皮膜(1)，其是在基材(2)的表面上形成的，所述硬质皮膜(1)的特征在于包含Til-xSix(BpCqNr)的层A(11)和包含选自Til-a-g-bBaCgNb、Sil-c-dCcNd、Bl-e-fCeNf、TiB2、SiC和B4C的组中的至少一种组分的层B(12)相互交替层叠在上述表面上。【专利说明】
本专利技术涉及多层硬质皮膜，所述多层硬质皮膜包括至少一层TihSijBpCJ)，在其 他构件在其上滑动的滑动构件的基材的表面上或在用于金属切断过程的切削工具的基材 的表面上形成。在此，滑动构件包括，例如，夹具（jig)、以及机械部件如用于成型的模头和 冲头，它们各自需要耐磨性。而且，本专利技术涉及用于制备所述多层硬质皮膜的方法。
技术介绍
为了提高耐磨性和延长工具寿命，通常在滑动构件或金属切削工具的基材的表面 上形成例如TiB 2、B4C、SiC等的层叠的层（或膜）。因为由如TiB2、B4C和SiC的材料制成 的膜具有极高的硬度（大约40GPa)，所以在滑动构件或金属切削工具的表面上形成的这样 的膜被称作例如硬质皮膜。在此，通过层叠多个由上述材料制成的层而形成的膜特别被称 作多层硬质皮膜。此处，在专利文献1-5中公开了各种使用至少一个由TiB 2、B4C、SiC等制 成的层形成硬质皮膜或多层硬质皮膜的技术。 专利文献1公开了通过在由在超高压力下烧结的立方氮化硼系材料形成的工具 基体的表面上依次层叠 TiB2层、TiB2和TiN相的两相混合层以及TiAIN层而制得的多层硬 质皮膜的形成。 专利文献2公开了在基体的表面上的硬质皮膜的形成，其中所述硬质皮膜含有至 少一个具有纤维状微结构的TiB 2亚层，在此微结构中，具有预定直径和预定长度的纤维状 粒子沿垂直于基体表面的方向取向。 专利文献3公开了通过在由在超高压力下烧结的立方氮化硼系材料形成的工具 基体的表面上依次层叠 BCN层、B4C层以及TiAIN层而制得的多层硬质皮膜的形成。 专利文献4公开了在基体表面上的由SiC制成的硬质皮膜的形成。 专利文献5公开了一种流程，用于将至少一种由选自B4C、BN、TiB2、TiB、TiC、WC、 SiC、SiNx(x = 0. 5至1. 33)和A1203A1的材料制成的超微粒包括到硬质皮膜中。该硬质皮 膜的主要组分是至少一种选自4A族、5A族和6A族的元素和A1的氮化物或碳氮化物。 在专利文献1-5中公开的膜具有高的硬度和耐磨性，以及其他层叠的膜的经改善 的优选性质。然而，基材和硬质皮膜之间在硬度上的差异导致硬质皮膜对基材差的粘着性， 这常常导致硬质皮膜从基材表面剥落。这引起切削工具寿命缩短的主要缺点。 为了克服以上缺点，在专利文献1中，进行了通过使用立方氮化硼系超高压烧结 材料改善硬质皮膜对基材的粘着性和延长滑动构件的寿命的尝试。此外，在专利文献3中， 做了另外的尝试，以通过在B 4C层和构成工具的基体（作为滑动构件）的表面之间形成BCN 层进一步改善膜对构成工具并由立方氮化硼系超高压烧结材料形成的基体表面的粘着性 和延长构成工具的基体寿命。此外，在专利文献5中，通过在硬质皮膜中包括TiB 2、B4C、SiC 等，进行了改善硬质皮膜的粘着性和延长滑动构件的寿命的尝试。 引用清单 专利文献 日本未审查专利公布号2010-228032 日本专利公布号4184691 日本未审查专利公布号2010-207922 日本未审查专利公布号2007-090483 日本专利公布号3914687 专利技术概述 本专利技术要解决的技术问题 尽管在专利文献1-5中公开的多层膜中，TiB2层和B4C层在硬度上是优良的，但它 们在耐氧化性上是不足的。因此，那些专利文献的覆盖有TiB 2或B4C层的滑动构件或金属 切削工具具有由于在升高的工作温度这些膜的氧化引起的降低的寿命。在专利文献4和5 中公开的SiC层在硬度和耐氧化性上是优良的。然而，该SiC层对基体的粘着性是不足的， 导致那些专利文献的SiC层不能延长滑动构件或金属切削工具的寿命的上述缺点。 鉴于以上缺点，开发了本专利技术。因此，本专利技术的目的是提供充分延长在滑动构件或 金属加工切削工具中所包括的基材的寿命的多层硬质皮膜。解决问题的手段 ⑴为了达成以上目的，本专利技术提供了在基材的表面上形成的多层硬质皮膜。所述 多层硬质皮膜包括：一个或多个各自由Ti^Six (BpCqN,)形成的层A，其中0. 05 < X < 0. 4， p彡0，q彡0，！>0,且p+q+r = 1 ;和一个或多个各自由选自由Tinb-ACgNb、Sih-ANd、 TiB2、SiC和B4C组成的组的中的至少一项构成的层B，其中0.05彡a彡0.5， 0· 25 彡 b 彡 0· 6,0· 2 彡 c 彡 0· 5,0· 25 彡 d 彡 0· 5,0· 03 彡 e 彡 0· 25,0· 3 彡 f 彡 0· 55,且 0 < g < 0. 5。层A和层B在表面上交替层叠一次以上，以形成层叠体。单层B形成在单层 A上为一对。多层硬质皮膜包含一对或多对。 术语"基材"定义为用于金属切断过程的切削工具的基材或滑动构件的基材。在 下文中，术语"滑动构件"定义为夹具、机械部件如模具、模头和冲头等部件。术语"构件"定 义为覆盖有本专利技术的任何实施方案的多层硬质皮膜的基材。 如上所述，根据本专利技术，硬质皮膜（即多层硬质皮膜）是通过将层A和层B层叠一 次以上而获得的，其中，各层A具有高硬度和出色的耐氧化性，且各层B在膜形成后具有接 近于非晶态结构的低结晶度。此构造使得在各层A中的晶体生长终结于层A和层B之间的 界面处，其中，层B具有接近于非晶态的结构。因此，在层A中的晶体的晶粒大小不可能变 大，允许在层A中的晶粒的微细化增加。在层A中的晶粒的增加的微细化提高层A的硬度， 这转而提高多层硬质皮膜的硬度。因此，通过将层A和层B多次层叠形成的层叠体使得多 层硬质皮膜确实提高耐磨性和耐氧化性，从而延长部件的寿命。 (ii)在以上⑴部分中所述的多层硬质皮膜中，各层B由选自IVa_g_ bBaCgNb、 SihUd和BmQNf中的至少一种形成，并且具有2nm至50nm、优选2nm至20nm的厚度， 且各层A的优选厚度为100nm以下。 因为（ii)部分的各层B含有预定量的氮（N)，各层B除高硬度之外还具有出色的 润滑性和对层A的粘着性。此外，因为层A具有预定的厚度，在各层B中的晶粒微细化，这 导致增加该层的硬度。这允许多层硬质皮膜的耐磨性和耐氧化性高度可靠地增加。因此， 可以延长构件的寿命。 (iii)根据在上述⑴部分中所述的多层硬质皮膜，其中，各层B由选自TiB2、SiC 和B4C中的至少一种形成，各层B的厚度为至少50nm，且各层A的厚度为至少lOOnm。此外， 优选的是多层硬质皮膜具有在基材表面上的层叠体。优选通过将层A和层B以一对或多对 的形式交替层叠在基材的表面上形成该层叠体。 上述构造使得层A具有优良的耐氧化性和足本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基材的表面上形成的多层硬质皮膜，所述多层硬质皮膜包含至少一对，所述至少一对由以下各项组成：层A，所述层A由Til‑xSix(BpCqNr)形成，其中0.05≤x≤0.4，p≥0，q≥0，r＞0，且p+q+r＝1；和层B，所述层B由选自Til‑a‑g‑bBaCgNb、Sil‑c‑dCcNd、Bl‑e‑fCeNf、TiB2、SiC和B4C中的至少一种形成，其中0.05≤a≤0.5，0.25≤b≤0.6，0.2≤c≤0.5，0.25≤d≤0.5，0.03≤e≤0.25，0.3≤f≤0.55且0≤g≤0.5，且所述层B形成在所述层A上；其中所述多层硬质皮膜由所述至少一对通过将所述层A和所述层B相互交替地层叠而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本兼司，A·A·莱尤斯，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，伊斯卡有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP