本发明专利技术涉及一种涂层系统，包括至少一个由A纳米层和B纳米层彼此交替沉积而成的多层膜，其特征在于A纳米层主要包含铝铬硼氮化物，而B纳米层主要包含铝铬氮化物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种涂层系统，包括至少一个由A纳米层和B纳米层彼此交替沉积而成的多层膜，其特征在于A纳米层主要包含铝铬硼氮化物，而B纳米层主要包含铝铬氮化物。【专利说明】特别是通过干法机械加工操作呈现月牙洼磨损降低的高性 能刀具 本专利技术涉及一种涂层系统，用于减少因机械加工操作导致的切削刀具的月牙洼 (crater)磨损，尤其是有益于干法机械加工操作，例如滚削，并且能够采用不复杂的去除涂 层工艺从切削刀具上去除。另外，本专利技术还涉及一种使用本专利技术涂层系统涂覆表面的方法。 现有技术 当用于干法或湿法机械加工操作时，切削刀具要经历各种不同的磨损条件。 例如，在高切削速度，干法机械加工操作中通常作为第一磨损迹象观察到月牙洼 磨损。尤其是已经观察到，由于滚削，月牙洼磨损显著限制了切削刀具的使用寿命。 AlCrN基涂层是目前熟知的涂层系统，用于提高干法机械加工操作所用切削刀具 的切削性能和使用寿命。 然而，尽管，当前按照现有技术，通过使用AlCrN基涂层获得了一些改善，但是日 益增加的新的需求需要得到满足。 AlCrN基涂层的另一个优点在于，它能够通过并不复杂的去除涂层工艺从切削刀 具去除，相对于如去除AlTiN基涂层必须采用的那些工艺，此类去除涂层工艺更容易、更便 宜，并且通常对于切削刀具的表面损害更少。 本专利技术的目的 本专利技术的目的是提供一种AlCrN基涂层系统，与现有技术相比，该系统可以显著 降低干法机械加工操作特别是滚削所用切削刀具的月牙洼磨损，并因此降低侧面磨损，因 而显著提高切削性能和使用寿命。另外，本专利技术所提供的涂层系统应当能够通过简单的去 除涂层工艺，从切削刀具去除。此外，本专利技术的目的是提供制备本专利技术涂层系统的方法，该 方法应该可适用于切削刀具的涂覆。 专利技术描述 本专利技术的目的通过提供含有多层膜的涂层系统来实现，该多层膜由铝铬硼氮化物 (Al-Cr-B-N)和铝铬氮化物（Al-Cr-N)纳米层形成，该多层膜呈现低导热系数、低磨料磨损 (abrasivewear)系数、高硬度及优异的粘附强度的特定组合。 本专利技术涂层系统的一个优选实施方案的特征在于呈现低于3.OW/m?K的导热系 数，优选低于2. 5W/m?K。 在本专利技术涂层系统的一个优选实施方案中，多层膜由彼此交替沉积的Al-Cr-B-N 和Al-Cr-N纳米层形成。Al-Cr-B-N纳米层的元素组成为（AlxCivx_zBz)N，其中如果存在 于各Al-Cr-B-N纳米层中的Al、Cr和B原子的总量视为100%原子，则x= 50-80at-%， z= 5_30at- %，及x+z< 90at_ %，优选x= 50-70at-%，z=l〇-20at_ %，并且 x+z彡80at-%，其中x和z分别为以原子百分比计的A1的浓度和B的浓度。Al-Cr-N纳米 层的元素组成为（AlyCivy)N，其中如果存在于各Al-Cr-N纳米层中的A1和Cr原子的总量 视为100%原子，则y= 50-80at_%，优选60-70at-%，y是A1的原子百分比浓度。 在本专利技术涂层系统的另一个优选实施方案中，多层膜中Al-Cr-N纳米层厚度与 Al-Cr-B-N纳米层厚度之比（厚度A1&N/厚度A1_)彡2,优选约为1。 在本专利技术涂层系统的另一个优选实施方案中，多层膜中两个彼此交替沉积的Al-Cr-N和Al-Cr-B-N纳米层的厚度（厚度A1&N+厚度A1_)彡200nm，优选彡100,更优选 彡50nm，尤其是为约10-30nm。 本专利技术涂层系统的再一个优选实施方案在多层膜下包括基础层，基础层的元素组 成为（AlwCivw)N，其中如果存在于基础层中的A1和Cr原子的总量视为100%原子，则w= 50-80at-%，优选60-70at-%，并且w为A1的原子百分比浓度。基础层厚度与多层膜厚度 之比（厚度/厚度#)优选在2-5之间，更优选约3和4。 通过物理蒸气沉积（PVD)方法，可以特别好的制备本专利技术的涂层系统。 制备本专利技术涂层系统特别有利的是采用电弧离子电镀（AIP)沉积方法。 用于制备本专利技术涂层系统的涂覆方法的一个优选实施方案是电弧离子电镀方法， 其中用于在基体表面上形成涂层的材料通过在氮气气氛中，电弧蒸发Al-Cr和Al-Cr-B靶 而提供。 用于制备本专利技术涂层系统的涂覆方法的另一个优选实施方案在涂层沉积之前包 括等离子体蚀刻步骤，用于在基体中形成扩散区域，涂层沉积在氮气中进行，或在氮气/氢 气、或在氮气/氢气/氩气的气氛中进行。 试验实施例 根据本专利技术，滚削刀具在电弧离子电镀涂布机中涂覆。将基体引入涂布室中，涂布 室抽空至小于〇. 4Pa，加热基体，分别在氩气或氩气/氢气气氛中蚀刻，将本专利技术由基础层 和多层膜组成的涂层系统沉积到基体上。涂层沉积所用的Al-Cr-B和Al-Cr合金靶以原子 百分比计分别具有例如以下的原子组成：Al52Cr28B2(l和A1 5(lCr5(l或A1 52Cr28B2(l和A1 7(lCr3Q或 Al7(lCr2QB1(l和A1 5QCr5Q或A1 7QCr2(lB1Q和A1 7QCr3Q。在一些情况，首先沉积Al-Cr-N基础层，然 后是多层的Al-Cr-B-N膜，在其他的情况，仅仅沉积多层的Al-Cr-B-N膜。对于基础层的沉 积，仅蒸发Al-Cr靶的材料。Al-Cr-B和Al-Cr合金靶在战略上放置在涂布机内，以便通过 在涂布室中基体的旋转移动，彼此交替沉积相应的Al-Cr-B-N和Al-Cr-N纳米层。相应地 选择用于蒸发Al-Cr-B-N和Al-Cr-N革E1的电弧电流，以便获得最有效的工艺和关于不同层 和/或相应纳米层的期望厚度关系，并且同时获得适宜的机械特性。 专利技术人发现，Al-Cr-B-N涂层呈现比Al-Cr-N涂层低的压缩应力，且Al-Cr-B-N涂 层在一定程度上是多孔的。另外，通过增加Al-Cr-B-N涂层的硼含量，观察到压缩应力降 低。然而，对于机械加工操作中的应用来讲，过低的压缩应力也可能是不利的。因此，专利技术 人在基体上施加偏压以增加膜的压缩应力。令人惊讶的是，专利技术人发现，在沉积Al-Cr-B-N 层的过程中，通过施加给基体至少70V的偏压，但优选大于70V，可以产生特别令人感兴趣 的Al-Cr-B-N层，其具有特别高的密度（避免了空隙）、惊人低的导热系数，并且同时产生 适宜的压缩应力。因此，通过调节偏压和硼含量，专利技术人能够沉积对于关于密度、导热系数 和压缩应力进行限定的应用来讲具有最适宜特性的Al-Cr-B-N层。因此，举例来说，可以从 Al52Cr28B2(l靶沉积Al-Cr-B-N层，其呈现非常低的约2.OW/m.k的导热系数。 专利技术人还发现，通过从较低值-直到较高值改变基体的偏压，沉积本 专利技术的Al-Cr-N基础层，能够获得特别好的涂层机械特性和粘附强度。基体的偏压可以连 续增加或者逐步增加。 用于沉积本专利技术涂层系统的的涂覆方法的另一个实施方案涉及基础层的沉积，在 沉积期间，基体的偏压从较低的偏压逐渐或逐步的改变到较高的偏压，如在至少两步中，并 且优选其中U偏-最低< 4 ?U偏-最高。 采用本专利技术的涂层系统，可以获得切削刀具使用寿命的非常强烈的提高，这一本文档来自技高网...
【技术保护点】
沉积在基体表面上的涂层系统，包括至少一个由A纳米层和B纳米层彼此交替沉积而成的多层膜，其特征在于A纳米层包含铝铬硼氮化物，B纳米层也含有铝铬氮化物，但是不含硼。
【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：M·阿尔恩德，M·莱赫塔勒，S·施泰因，A·O·埃里克森，
申请(专利权)人：欧瑞康贸易股份公司特吕巴赫，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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