【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及产生切削工具的带涂层的工具部分的方法。
技术介绍
1、特别地，根据本专利技术的方法旨在产生包括包含氧化铝（al2o3）的至少一个层的工具涂层。这种氧化铝层以下被称为al2o3层。
2、这种al2o3层可以完全由al2o3组成，或者除了al2o3之外也包括其它组分，例如其它金属或金属氧化物的混合物和/或多种比例的杂质。
3、当今，创新涂层的产生是用于金属机加工的工业工具制造的核心竞争力。由于对通常被称为切削工具的这种机床的可能应用、切削速度和使用寿命的不断增长的要求，则对前述工具涂层的需求也在增加。
4、al2o3涂层，即包括含有al2o3的至少一个层的涂层，由于它们的材料性质而非常适合于前述应用。因此，根据现有技术，这种al2o3涂层已经以各种方式用于涂覆切削工具。
5、al2o3具有若干种相。α氧化铝（α-al2o3）是指菱面体热力学稳定的al2o3相。热力学稳定的α-al2o3相态是氧化铝的高温相。这种相由空间群r-3c描述，并且被称为刚玉。除了α-al2o3相外，存在有许多亚稳的al2o3相，诸如κ氧化铝相（)或γ氧化铝相（)。这些亚稳的al2o3相的缺点是它们在较高温度下被转变为热力学稳定的α-al2o3相。亚稳的al2o3相直接地或以不同的转变序列形式转变为α-al2o3相。
6、所述转变温度取决于材料的纯度、材料的粒度和例如对材料的热力学预处理。这些转变过程限制了在机加工应用中亚稳的al2o3相的最大操作温度。
7、在文献中以及在工
8、根据现有技术通常使用化学气相沉积（cvd）来沉积α-al2o3相。这种cvd涂层通常在al2o3层中具有高比例的α-al2o3。使用cvd而产生的al2o3涂层在经典车削应用中提供有效的磨损保护。这些cvd-al2o3涂层的缺点是高残余拉伸应力。cvd涂层也在通常1000°c至1100°c的温度被沉积。这些高涂层温度导致工具的脆化。
9、替代地，使用等离子体辅助cvd过程在降低的沉积温度产生α-al2o3相。这种cvd过程也需要例如800°c的高温，并且将来自载气的不利的氯残余物引入所述涂层中。具有α-al2o3的cvd涂层通常具有20 μm的非常高的层厚度。另一缺点是由于相对高的涂层厚度以及复杂的残余应力状态，则在工具的切削刃上需要大量的倒圆。
10、替代地，通过物理气相沉积（pvd）而产生的al2o3涂层目前被用于金属切削（参见例如ep 1 762 637 b1)。这些al2o3涂层与含有氮化物和/或碳化物的其它涂层结合、以多层涂层的形式用于金属切削。这些涂层具有足够的韧性，但同时在非常高的切削速度下，具有不利的不足的其温度耐受性和抗氧化性。因而，这些材料有其局限性。
11、在pvd溅射过程中，通过溅射将起始材料转化为气相。从所谓的靶释放的粒子（主要是原子和离子）通过能量输入而被加速到待涂覆的基底上，并且作为涂层被沉积在基底的表面上。待沉积的材料（即靶材）通常在pvd过程中作为固体存在并且位于经抽真空的涂覆室（也称为反应室）中。在这种反应室中，待涂覆的基底与所述靶在空间上分离。根据pvd过程的类型，不仅使用一个靶，而且使用两个或更多个靶。
12、这些靶被连接到电源单元。通常使用等离子体和电场将能量施加到所述靶。所述反应室被填充有惰性过程气体，通过电场的能量输入将该惰性过程气体带入电离状态（等离子体形成)。带电的过程气体离子通过所述电场在靶的方向上被加速，并且通过这种“轰击”（即，通过物理脉冲传递）将靶材的原子和离子撞击出其表面。这种原子化的靶材然后在基底的方向上移动，产生在其表面上的涂层。
13、在反应pvd过程中，反应室中也使用反应气体，其）在al2o3涂层的情况下通常包含氧气（o2）和/或氮氧化物（nox)。氮氧化物可以是例如一氧化二氮（n2o）、一氧化氮（no）、二氧化氮（no2）和/或四氧化二氮（n2o4)。
14、pvd过程的以下多个子组通常被用于在机加工技术中用来产生工具涂层的pvd过程：电弧过程，也被称为电弧pvd和溅射过程。所述溅射过程包括直流（dc）溅射过程或高功率脉冲磁控溅射过程（hipims)。在工具涂层的领域中，优选的溅射过程是磁控溅射。在后一种磁控溅射过程中，除了阴极与阳极之间的电场之外，还通过一个或更多个电磁体或永磁体在所述靶后面产生磁场。
15、由于al2o3的电绝缘，使用dc溅射过程沉积al2o3涂层是不可能的。由于大量形成大液滴，电弧过程也不适合在切削工具上沉积工业al2o3涂层。
16、使用双磁控溅射过程而被沉积的al2o3涂层在现有技术中是已知的（参见wo 2019/092009 a1)。在双磁控溅射（dms）技术中，两个靶经由电源网络彼此连接。在沉积过程期间，两个靶交替地充当阳极和阴极，使得能够沉积电绝缘涂层，诸如al2o3。
17、然而，在从wo 2019/092009 a1中已知的方法中，al2o3涂层被沉积在相中。除了相对低的弹性模量之外，这些涂层的缺点是它们在通常900°c以上的有限的温度稳定性。如已经提到的，亚稳的立方相在这样的条件下转变为热力学稳定的菱面体α-al2o3相（刚玉，例如从icdd数据库的 pdf 编号42-1468已知)。这种相变通常与涂层硬度的大量损失相关联，并且因此对工具的切削性能有害。涂层展示在约为3000 hv至3500 hv的范围内的硬度值，并且降低的弹性模量值在350 gpa至370 gpa的范围内（参见wo 2019/092009 a1)。
18、wo 2020/094718 a1也披露了一种产生al2o3涂层的方法，该涂层使用hipims过程来沉积。在这种过程中被沉积的al2o3涂层具有α-al2o3相部分和相部分。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种产生切削工具的带涂层的工具部分的方法，由此可以产生al2o3涂层，该涂层与使用现有技术的上述过程/方法而被产生的al2o3涂层相比具有有利的性质。应避免具有其相对较低弹性模量值的涂层的不利的高温稳定性，因为在利用cvd-α-al2o3涂层进行的涂覆期间所述工具的脆化，其表现出所描述的不利的拉伸残余应力。
2、该目的通过根据权利要求1所述的方法来解决，该方法包括以下步骤：
3、提供作为基底的工具部分，所述基底包括从由硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼（cbn）、多晶金刚石（pcd）或高速钢组成的组中选择的基底材料；和
4、利用包括至少一种氧化铝（al2o3）的涂层涂覆所述工具部分，所述至少一种氧化铝包含具有α-al2o3相部分和γ-al2o3相部分的al2o3层，其中通过反应磁控溅射过程产生至少一个al2o3层，并且其中在所述反应磁控溅射过程中：
5、使用至少一个铝靶；
6、使用具有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种产生切削工具的带涂层的工具部分的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应磁控溅射过程是脉冲磁控溅射过程，优选地是具有矩形电压脉冲的脉冲磁控溅射过程。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电压脉冲是双极电压脉冲。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述电压脉冲具有在10 kHz与150 kHz之间的脉冲频率，优选地具有在40 kHz与80 kHz之间的脉冲频率。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述反应磁控溅射过程是双磁控溅射过程，优选地是利用两个铝靶的双磁控溅射过程。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述总气压被设置为<700 mPa。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述线圈电流是≤10 A。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述反应磁控溅射过程中，将时间平均靶功率密度设置为3 W/cm2至30 W/cm2，优选地设置为4 W/cm2至20 W/cm2。
9.根据前述权
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述偏置电压是具有在5 kHz与80 kHz之间、优选地在10 kHz与40 kHz之间、更优选地在20 kHz与30 kHz之间的偏置脉冲频率的脉冲偏置电压。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述偏置电流在10 A与60 A之间。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述惰性气体包括氩（Ar）和/或氪（Kr）和/或氖（Ne)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个Al2O3层被直接地沉积在所述基底材料上，并且所述基底材料是硬质合金。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述基底材料上沉积多个层，所述多个层中的至少一个层是金属氧化物层，在所述金属氧化物层上直接地沉积所述至少一个Al2O3层，其中所述金属氧化物层包括金属Ti、Si、V、Zr、Mg、Fe、B、Gd、La和Cr中的一种或更多种的氧化物。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述金属氧化物层包括TiO2。
16.一种切削工具的带涂层的工具部分，所述工具部分包括从由硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼（CBN）、多晶金刚石（PCD）或高速钢组成的组中选择的基底材料，以及包括至少一种氧化铝（Al2O3）的涂层，所述至少一种氧化铝包含具有α-Al2O3相部分和γ-Al2O3相部分的Al2O3层，其中所述至少一个Al2O3层是通过根据权利要求1至15中的任一项所述的方法产生的。
17.根据权利要求16所述的带涂层的工具部分，其中，所述至少一个Al2O3层具有仪表测量的层硬度HIT ≥ 20 GPa。
18.根据权利要求16或17所述的带涂层的工具部分，其中，所述至少一个Al2O3层具有仪表测量的弹性模量EIT ≥ 350 GPa、优选地弹性模量EIT≥ 380 GPa。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的带涂层的工具部分，其中，所述至少一个Al2O3层具有≥ 10 nm的层厚度。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种产生切削工具的带涂层的工具部分的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应磁控溅射过程是脉冲磁控溅射过程，优选地是具有矩形电压脉冲的脉冲磁控溅射过程。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电压脉冲是双极电压脉冲。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述电压脉冲具有在10 khz与150 khz之间的脉冲频率，优选地具有在40 khz与80 khz之间的脉冲频率。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述反应磁控溅射过程是双磁控溅射过程，优选地是利用两个铝靶的双磁控溅射过程。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述总气压被设置为<700 mpa。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述线圈电流是≤10 a。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述反应磁控溅射过程中，将时间平均靶功率密度设置为3 w/cm2至30 w/cm2，优选地设置为4 w/cm2至20 w/cm2。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述反应磁控溅射过程中，将在125 v与300 v之间的偏置电压施加到所述基底。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述偏置电压是具有在5 khz与80 khz之间、优选地在10 khz与40 khz之间、更优选地在20 khz与30 khz之间的偏置脉冲频率的脉冲偏置电压。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述偏置电流在10 a与60 a之间。
12.根据前述权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·迪赫勒，
申请(专利权)人：硬质金属工具厂保罗霍恩有限公司，
类型：发明
国别省市：
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