多层式氮化物硬质涂层制造技术

一种用于基底（6）的耐磨损性多层式氮化物硬质涂层（2）。该硬质涂层（2）包括一个第一氮化钛铝层（4）以及包括多个子层组（10a）的一个第二层（8）。每个子层组（10a）包括一个第一氮化钛硅子层（12）以及一个第二氮化钛铝子层（14）。在该第一层（4）和这些子层组（10a）5二者之中，该氮化钛铝的构成为(TixAl1-x)N，其中0.4≤x≤0.6。这些氮化钛硅子层（12）的构成为(TiySi1-y)N，其中0.85≤y≤0.98，并且所有的硅在该氮化钛硅中是处于固溶体中，使得在这个子层（12）中不存在硅相或氮化硅相。这些子层组（10a）中存在的铝和硅的组合量被控制得很窄，使得x与y之和是在1.38至1.46的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及用于基底的多层式氮化物硬质涂层。更特别地，本发明涉及包括一个第一层和一个第二层的硬质涂层，该第一层为氮化钛铝并且该第二层包括氮化钛硅和氮化钛铝的交替子层组。本专利技术还涉及具有此类硬质涂层的涂覆物品并且涉及制作这些硬质涂层和这些硬涂覆物品的方法。专利技术背景几十年来，硬质涂层已经被施用至各种类型的物品上以改善其耐磨损性从而延长它们的工作寿命。硬质涂层通常被施用至切削刀具和耐磨损部件上。历年来，为了研发具有改进特性的新型硬质涂层已经付出了很多努力。例如，授予Fukui等人的美国专利号7,060,345中传授了一种硬质涂层，该硬质涂层包括一个或多个第一层以及一个或多个第二层，这个或这些第一层由润滑化合物构成，该润滑化合物是选自钛硅的氮化物、碳化物、碳氮化物、氧氮化物和碳氮化物；并且这个或这些第二层为选自以下各项的硬质化合物：从钛、铬、和钛铬合金中选定的一种金属的氮化物、碳化物、以及碳氮化物。这些第一和第二层可以一个在另一个上重复地沉积，以便构成一种由多个交替的润滑层和硬质层构成的硬质涂层。授予Ishikawa等人的美国专利号6,586,122还传授了在切削刀具上使用一种多层式硬质涂层。在此情况下，该多层式硬质涂层包括一个第一层，该第一层包括一种或多种选自由钛、铝以及铬组成的组中的金属元素以及一种或多种选自由氮、硼、碳、以及氧组成的组中的非金属元素；和一个第二层，该第二层包括硅和一种或多种选自由周期表中4a、5a以及6a族中金属元素组成的组中的金属元素、和铝、以及一种或多种选自由氮、硼、碳和氧组成的组中的非金属元素。该第二层具有一种结构，其中一种富含硅的的相被分散在一个包含了相对少量的硅的基质相中。该富含硅的相可以是无定形的或者结晶的氮化硅或硅并且是通过使用在约300°C至500°C范围内的基底温度并结合一个在不同水平的负电压之间或在正电压与负电压之间周期性变化的基底偏置电压来形成的。同样地，未经审查的日本专利公开2000-334606传授了一种多层的硬质涂层，其中该硬质涂层包括氮化钛铝和氮化钛硅的交替层。这些氮化钛铝层包含了40至75原子百分比的铝。这些氮化钛硅层包含了10至60原子百分比的硅。这些氮化钛硅层包含了硅和氮化硅的独立相。与这个申请相伴的，即，未经审查的日本专利公开2000-334607，包含了几乎相同的硬质涂层的传授内容，除了它并未提及硅和氮化硅的独立相。不同的是，它将该氮化钛硅层描述为具有一种氯化钠晶体结构，尽管在这个申请中披露的那些硬质涂层组合物与在其伴随的申请中披露的那些是相同的。比较这两个相伴的申请，似乎在该硬质涂层的物理气相沉积过程中施加的基底偏置电压就是用于控制该氮化钛硅涂层的结构的电压。一个低值的负偏压（-30V）被用于产生氮化钛硅层，这些层包括硅和氮化硅的独立相，而一个高得多的负偏压（-100V）被用于生产仅具有氯化钠晶体结构的氮化钛硅层。在这两个申请中，这些硬质涂层是使用不超过400°C的基底温度来形成的。不过，随着生产速率的升高以及提供制造的经济效率的努力密集化，对更持久的、更耐磨损的切削刀具以及磨损部件持续存在需要。本专利技术的一个目的是满足这种需要。专利技术概述本专利技术的诸位专利技术人发现了具有出人意料地改善了的耐磨损性的一种硬质涂层。本专利技术提供了一种硬质涂层，该硬质涂层包括一个第一氮化钛铝层以及一个包括多个子层组的第二层。每个子层组包括一个第一氮化钛硅子层以及一个第二氮化钛铝子层。在该第一层和这些子层组二者之中，该氮化钛铝的构成是通过化学式(TixAl1-x)N给出的，其中0.4≤x≤0.6。这些氮化钛硅子层的构成是通过化学式(TiySi1-y)N给出的，其中0.85≤y≤0.98。本专利技术的诸位专利技术人已经做出了出人意料的发现，即，该硬质涂层的改进的耐磨损性是取决于这些子层组中存在的铝和硅的组合量，该组合量被控制得很窄，使得x与y之和是在1.38至1.46的范围内。本专利技术还包括：包含此类硬质涂层的物品、以及制作这些硬质涂层和这些硬涂覆的（hard coated）物品的方法。附图简要说明通过参考附图将更好地理解本专利技术的特征和优点的关键性。然而，应该理解的是附图的设计仅是为了解说的目的并且不是作为对本专利技术的限制的定义。图1是根据本专利技术一个实施方案的一个硬质涂层的示意图。图2是描绘了图1中的硬质涂层的第二层的三个子层组的示意图。图3是根据本专利技术的一个实施方案的硬质涂层的截面通过透射电子显微术拍摄的显微照片。图4是图2中的硬质涂层的第二层在更高放大倍率下拍摄的显微照片。图5是测试编号1的车削工具寿命结果随着化学式(TixAl1-x)N中的x和化学式(TiySi1-y)N中的y之和而变的曲线图。图6是测试编号2的车削工具寿命结果随着化学式(TixAl1-x)N中的x和化学式(TiySi1-y)N中的y之和而变的曲线图。本专利技术的优选实施方案的说明在这个部分，以足以使本领域的普通技术人员实现本专利技术的详细程度来描述本专利技术的一些优选实施方案。但是，应当理解以下事实，即，在此描述的是有限数目的优选实施方案，并不以任何方式限制在所附权利要求中给出的本专利技术范围。参见图1，示出了根据本专利技术一个实施方案的一个硬质涂层2的示意图。如所示，该硬质涂层2由一个附接至基底6上的第一层4和一个第二层8组成。第二层8包括多个相邻堆放的子层组，例如图2所示的子层组10a、10b、10c。每个这样的子层组，例如，子层组10a，包含一个第一子层12和一个第二子层14。该第一层4和每个第二子层14的构成是具有化学式(TixAl1-x)N的氮化钛铝，其中0.4≤x≤0.6。不过，应理解，该第一层的构成不需要与任何具体的氮化钛铝子层的构成相同。为了帮助避免混淆，在权利要求书中，该第一层的构成是在权利要求书中通过化学式(TizAl1-z)N表示，其中0.4≤z≤0.6。此外，应理解，这些氮化钛铝子层的构成不需要彼此相同。此范围之外的氮化钛铝构成具有较差的硬度和内应力水平。该第一层4和每个第二子层14具有的晶体结构是面心立方的或面心立方与密排六方的组合。每个子层12的构成是具有化学式(TiySi1-y)N的氮化钛硅，其中0.85≤y≤0.98。不过，应理解，这些氮化钛硅子层的构成不需要与彼此相同。具有较少的硅的氮化钛硅构成具有较差的硬度水平，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.28 US 12/789,5141.一种用于基底（6）的硬质涂层（2），包括：
一个包括(TizAl1-z)N的第一层（4），其中0.4≤z≤0.6；以
及
具有多个子层组（10a）的一个第二层（8），每个子层组包
括一个第一(TiySi1-y)N子层（12），其中0.85≤y≤0.98；以及一个第
二(TixAl1-x)N子层（14），其中0.4≤x≤0.6；
其中在该第一子层（12）中既不存在纯的硅相也不存在纯的
氮化硅相，并且x与y之和是在1.38至1.46的范围内。
2.如权利要求1所述的硬质涂层（2），其中，该第一层（4）
占该整个硬质涂层厚度的20%至60%。
3.如权利要求1所述的硬质涂层（2），其中，该每个子层组（10a）
的厚度是在3至20nm的范围内。
4.如权利要求1所述的硬质涂层（2），其中，每个子层组（10a）
内该第一子层（12）的厚度与该第二子层（14）的厚度之比是在0.2
至2.0的范围内。
5.如权利要求1所述的硬质涂层（12），其中，x与y之和是
在1.39至1.45的范围内。
6.一种硬涂覆的物品（6），包括：
具有一个表面的一个物品（6）；以及
覆盖该物品（6）的表面的至少一部分的一个硬质涂层（2），
该硬质涂层（2）具有：
一个包括(TizAl1-z)N的第一层（4），其中0.4≤z≤0.6；

\t以及
具有多个子层组（10a）的一个第二层（8），每个子层
组（10a）包括一个第一(TiySi1-y)N子层（12），其中0.85≤y≤0.98；
以及一个第二(TixAl1-x)N子层（14），其中0.4≤x≤0.6；
其中在该第一子层（12）中既不存在纯的硅相也不存在纯的氮化
硅相，并且x与y之和是在1.38至1.46的范围内。
7.如权利要求6所述的硬涂覆的物品（6），其中，该第一层（4）
占该整个硬质涂层厚度的20%至60%。
8.如权利要求6所述的硬涂覆的物品（6），其中，该每个子层
组（10a）的厚度是在3至20nm的范围内。
9.如权利要求6所述的硬涂覆的物品，其中，在每个子层组
（10a）内该第一子层（12）的厚度与该第二子层（14）的厚度之比是
在0.2至2.0的范围内。
10.如权利要求6所述的硬涂覆的物品（6），其中，x与y之和
是在1.39至1.45的范围内。
11.如权利要求6所述的硬涂覆的物品（6），其中，该物品（6）
是选自下组中的一种，该组由以下各项组成：切削刀具以及磨损部件。
12.如权利要求6所述的硬涂覆的物品（6），其中，该物品（6）
是选自下组中的一种，该组由以下各项组成：钻头、立铣刀、用于铣
削或车削的可分度镶片、金属开槽锯、齿轮切削刀具、铰刀、丝锥。
13.如权利要求6所述的硬涂覆的物品（6），其中，该物品（6）
是选自下组中的一种，该组由以下各项组成：地下钻头尖、穿孔器、

\t模口、以及模具。
14.如权利要求6所述的硬涂覆的物品（6），其中，该物品（6）
包括选自下组中的至少一种，该组由以下各项组成：烧结碳化钨、金
属陶瓷、钢（尤其是高速钢）、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·佩尼彻，刘一雄，倪旺阳，M·S·格里恩菲尔德，
申请(专利权)人：钴碳化钨硬质合金公司，
类型：
国别省市：