具有碳氮氧化钛涂层的切削镶片及其制造方法技术

本发明专利技术涉及具有碳氮氧化钛涂层的切削镶片及其制造方法。一种用于制造涂覆的切削镶片的方法以及该涂覆的切削镶片，该方法包括以下步骤：提供具有一个表面的基底，并且沉积一个碳氮氧化钛的CVD涂覆层。用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物具有的组成为：氮气、甲烷、氯化氢、四氯化钛、乙腈、一氧化碳、以及氢气。该碳氮氧化钛涂覆层包含的碳氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、大于约1.0μm的平均长度、大于约0.2μm的平均宽度、以及大于约2.0的平均长宽比。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带有涂层方案的涂覆的切削镶片及其制造方法，其中该涂层方案包括一个碳氮氧化钛涂覆层。更确切地说，本专利技术涉及一种带有涂层方案的涂覆的切削镶片（其中该基底可以是多晶的立方氮化硼（PcBN））及其制造方法，其中该涂层方案包括一个用气态混合物通过化学气相沉积（CVD）所沉积的碳氮氧化钛涂覆层，该气态混合物包含乙腈，尤其是量值不大于该气态混合物的约0.15摩尔百分比的乙腈。此外，本专利技术涉及一种带有涂层方案的涂覆的切削镶片（其中该基底可以是多晶的立方氮化硼（PcBN）），该涂层方案包括一个通过CVD施加的碳氮氧化钛涂覆层，其中这些碳氮氧化钛晶须具有根据下文列出的技术在二维平面视图中测量的、大于约1.0μm的平均长度、大于约0.2μm的平均宽度、以及大于约2.0的平均长宽比。
技术介绍
迄今为止，乙腈（CH3CN）已被用于气态混合物中以便通过CVD来沉积一个涂覆层。授予Gates,Jr.等人的美国专利号7,455,918中列出了许多包含乙腈的气态组合物，它们可以用于沉积包含多个含碳氮氧化钛的层的改性层。见第6栏第48行至第67行。在授予Gates,Jr.等人的美国专利号7,455,918中表5和表6中列出了具体实例，这些实例在氢气、氮气、四氯化钛、以及一氧化碳的气态混合物中包含未披露体积的乙腈。授予住友商事株式会社（Sumitomo Electric Industries,Ltd.）的欧洲专利号1 413 648 B1似乎显示了将CH3CN以及其他气体一起用于生产可能会是TiOCN的柱状结构。见第3页第48行至第4页第5行。其他气体似乎包括选自以下各项中的那些：VCl4、ZrCl4、TiCl4、H2、N2、Ar、CO、以及CO2。看起来该气态混合物需要H2O的存在。表I（第8页）列出了使用从0.3到2.0体积百分比的乙腈来形成TiCNO涂覆层的实例。有一段时间，乙腈是通过CVD来沉积碳氮化钛涂覆层以及其他涂覆层所使用的气态混合物的一部分。在此方面，授予Undercoffer（转让给肯纳金属公司（Kennametal Inc.））的PCT专利申请WO00/52224在第2页第12行至第3页第11行清楚地披露，乙腈（以及其他气体（例如，TiCl4和H2））已经被用于碳氮化钛的沉积中，这似乎是PCT专利申请WO00/52224的焦点。PCT专利申请WO00/52224在第11页第4-12行提到，将CO或CO2添加到该气态混合物可以导致产生其他含钛的涂层，包括碳氮氧化钛（TiOCN）在内。授予Omori等人的美国专利申请公布号US2007/0298280披露了使用乙腈来沉积一个碳氮化钛涂覆层。一般性地提及了使用乙腈来通过CVD沉积一个碳氮氧化钛涂覆层。见段落[0057]至[0060]。授予Kodama等人的欧洲专利申请号1138,800A1集中于在包括碳氮氧化钛的硬质涂层的生产中使用乙烷。然而，提及了可以在该过程中用乙腈代替乙烷。见段落[0021]至[0024]。授予Hirakawa等人的欧洲专利申请号1160 353 A1披露了具有一个浓度梯度的TiCN层，其中在该气体混合物中CH3CN的浓度是影响该TiCN浓度的因素之一。在这些实例中，该TiOCN层并没有使用CH3CN作为该气态混合物的一个组分。授予Ruppi的美国专利申请公布号US2006/0115662中披露了使用CH3CN来制造碳氮氧化钛铝“粘结”涂层。参见表I和表II。授予Sottke等人的美国专利申请公布号US2006/0257689 A1中披露了在中间层的沉积中使用乙腈（0.5vol.%-2vol.%），该中间层可以是TiOCN，其中Ti至少在某种程度上被Zr或Hf替代。授予Ruppi的美国专利号7,192,660B2包含以下披露内容：暗示了使用CH3CN来生产一个(Tix,Aly,Xz)(Cu,Ow,Nv)涂覆层，其中x、u、和v是大于零，并且y、z和w中的至少一个是大于零。见第5栏，第53行至第63行。以下专利文件在用于沉积碳氮化钛涂覆层的气态混合物中使用了乙腈：授予Moriguchi等人的欧洲专利号0732423B1、授予Kato等人的欧洲专利号1 188 504、授予Ichikawa等人的欧洲专利申请号0 900 860 A2、授予Yoshimura等人的美国专利号5,681,651、授予Uchino等人的美国专利号5,915,162、授予Holzschuh的美国专利号6,436,519 B2、授予三菱材料公司（Mitsubishi Materials）的欧洲专利号0 685 572 B1、授予肯纳金属公司的欧洲专利号1 157 143 B1、以及授予三菱材料公司的欧洲专利号0 709 484 B1。涂层方案与基底的粘附性对于涂覆的切削镶片而言是一个重要的特征。具有改进的粘附性的涂层方案对于性能是有益的。因此，高度希望的是提供在涂层方案与基底的粘附性方面经历了改进的一种涂覆的切削镶片。在用于涂覆的切削镶片的一些涂层方案中，通过一个粘合层将一个氧化铝涂覆层连接到一个适当温度的碳氮化钛（MT-TiCN）涂覆层上。诸位申请人已经发现，通过使用碳氮氧化钛涂覆层作为粘合层（该粘合层展现出具有某种尺寸和长宽比的狭长碳氮氧化钛晶须），与碳氮化钛粘合层相比在氧化铝涂覆层的粘附性方面存在着改进。因此，高度希望的是提供带有含碳氮氧化钛的涂层方案的一种涂覆的切削镶片，该碳氮氧化钛提供了改进的粘附性。此外，高度希望的是提供带有含碳氮氧化钛的涂层方案的一种涂覆的切削镶片，该碳氮氧化钛提供了改进的粘附性，其中该碳氮氧化钛的晶须具有有助于改进粘附性的某种尺寸以及长宽比。为了实现碳氮氧化钛涂覆层，其中碳氮氧化钛晶须具有根据以下列出的技术在二维平面视图中测量的、大于约1.0μm的平均长度、大于约0.2μm的平均宽度、以及大于约2.0的平均长宽比，诸位申请人已经在用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物中使用减少的量的乙腈。诸位申请人已经发现，乙腈在该气态混合物中的最大量值应该不大于该气态混合物的约0.15摩尔百分比。因此，高度希望的是提供带有含碳氮氧化钛涂覆层的涂层方案的一种涂覆的切削镶片，其中用于沉积碳氮氧化钛涂覆层的气态混合物具有减少的含量（即，不大于该气态混合物的约0.15摩尔百分比）的乙腈。诸位申请人已经发现，一个碳氮氧化钛粘合层的优点是改进了该氧化铝涂覆层在更低的CVD沉积温度下的粘连性。这尤其适用于在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造涂覆的切削镶片的方法，包括以下步骤：提供具有一个表面的基底；用一种气态混合物通过化学气相沉积来沉积一个碳氮氧化钛涂覆层，该气态混合物包含：氮气，存在的量值是在约5摩尔百分比与约40摩尔百分比之间，甲烷，存在的量值是在约0.5摩尔百分比与约8.0摩尔百分比之间，氯化氢，任选地存在的量值为高达约5.0摩尔百分比，四氯化钛，存在的量值是在约0.2摩尔百分比与约3.0摩尔百分比之间，乙腈，存在的量值是在约0.02摩尔百分比与约0.15摩尔百分比之间，一氧化碳，存在的量值是在约0.4摩尔百分比与约2.0摩尔百分比之间，以及氢气，存在的量值是在约41.85摩尔百分比与约93.88摩尔百分比之间。

【技术特征摘要】
2011.08.29 US 13/219,7891.一种用于制造涂覆的切削镶片的方法，包括以下步骤：
提供具有一个表面的基底；
用一种气态混合物通过化学气相沉积来沉积一个碳氮氧化钛涂覆层，该
气态混合物包含：
氮气，存在的量值是在约5摩尔百分比与约40摩尔百分比之间，
甲烷，存在的量值是在约0.5摩尔百分比与约8.0摩尔百分比之间，
氯化氢，任选地存在的量值为高达约5.0摩尔百分比，
四氯化钛，存在的量值是在约0.2摩尔百分比与约3.0摩尔百分比
之间，
乙腈，存在的量值是在约0.02摩尔百分比与约0.15摩尔百分比之
间，
一氧化碳，存在的量值是在约0.4摩尔百分比与约2.0摩尔百分比
之间，以及
氢气，存在的量值是在约41.85摩尔百分比与约93.88摩尔百分比
之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层
的气态混合物包含：存在的量值在约10摩尔百分比与约35摩尔百分比之间
的氮气，存在的量值在约1摩尔百分比与约6.0摩尔百分比之间的甲烷，任
选地存在的量值为高达约4.0摩尔百分比的氯化氢，存在的量值在约0.5摩
尔百分比与约2.5摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约0.02摩尔百
分比与约0.1摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约0.4摩尔百分比与约
1.8摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约50.6摩尔百分比与约
88.08摩尔百分比之间的氢气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层
的气态混合物包含：存在的量值在约15摩尔百分比与约30摩尔百分比之间
的氮气，存在的量值在约1摩尔百分比与约5.0摩尔百分比之间的甲烷，任
选地存在的量值为高达约3.0摩尔百分比的氯化氢，存在的量值在约0.5摩
尔百分比与约2.0摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约0.02摩尔百
分比与约0.08摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约0.40摩尔百分比与
约1.5摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约58.87摩尔百分比
与约83.08摩尔百分比之间的氢气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层
的气态混合物包含：存在的量值等于约25.4摩尔百分比的氮气，存在的量值
等于约1.7摩尔百分比的甲烷，存在的量值等于约1.4摩尔百分比的氯化氢，
存在的量值等于约0.7摩尔百分比的四氯化钛，存在的量值等于约0.03摩尔
百分比的乙腈，存在的量值等于约0.6摩尔百分比的一氧化碳，以及存在的
量值等于约70.2摩尔百分比的氢气。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，该沉积步骤是在等于约800℃
与约950℃之间的温度以及等于约60托与约500托之间的压力下发生。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，该沉积步骤是在等于约895℃
与约925℃之间的温度以及等于约120托与约400托之间的压力下发生。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层
的气态混合物包含：存在的量值在约26摩尔百分比与约28摩尔百分比之间
的氮气，存在的量值在约4摩尔百分比与约5摩尔百分比之间的甲烷，存在

\t的量值在约1.6摩尔百分比与约2.0摩尔百分比之间的氯化氢，存在的量值
在约0.7摩尔百分比与约1.0摩尔百分比之间的四氯化钛，存在的量值在约
0.04摩尔百分比与约0.06摩尔百分比之间的乙腈，存在的量值在约0.7摩尔
百分比与约1.1摩尔百分比之间的一氧化碳，以及存在的量值在约62.84摩
尔百分比与约66.96摩尔百分比之间的氢气。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，用于沉积该碳氮氧化钛涂覆层
的气态混合物包含：存在的量值等于约27摩尔百分比的氮气，存在的量值等
于约4.5摩尔百分比的甲烷，存在的量值等于约1.8摩尔百分比的氯化氢，
存在的量值等于约0.8摩尔百分比的四氯化钛，存在的量值等于约0.05摩尔
百分比的乙腈，存在的量值等于约0.9摩尔百分比的一氧化碳，以及存在的
量值等于约64.9摩尔百分比的氢气。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，该沉积步骤以约25分钟与约
150分钟之间的持续时间发生。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：沉积一个或多
个中间涂覆层，其中这些中间涂覆层是选自下组，该组由以下各项组成：氮
化钛、碳化钛、碳氮化钛、氮化铪、碳化铪、碳氮化铪、氮化锆、碳化锆、
以及碳氮化锆，其中该中间涂覆层是介于该基底与该碳氮氧化钛涂层之间的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，该中间涂覆层是氮化钛，并且
该方法进一步包括沉积一种包含多对涂覆层的涂层序列，其中每对涂覆层包
括该碳氮化钛涂覆层和该碳氮氧化钛涂覆层。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在该碳氮氧化

\t钛涂覆层上沉积一个氧化铝涂覆层。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤：在该氧化铝涂
覆层上沉积一个外部覆盖层涂层方案区，该外部覆盖层涂层方案区包含以下
外部覆盖层涂层方案之一：(A)碳氮氧化钛涂覆层和氮化钛涂覆层的一个涂层
序列；(B)一个氮化钛涂覆层和碳氮化钛涂覆层以及氮化钛涂覆层的一个涂层
序列；(C)一个碳氮氧化钛涂覆层和碳氮化钛涂覆层以及氮化钛涂覆层的一个
涂层序列；(D)多个涂层组，其中每个涂层组包括一个碳氮氧化钛涂覆层和一
个氮化钛涂覆层；(E)多个涂层组，其中每个涂层组包括一个碳氮氧化钛涂覆
层和一个碳氮化钛涂覆层；以及(F)一个氮化钛涂覆层。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤：在该氧化铝涂
覆层上沉积一个氮化钛外涂覆层。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，该碳氮氧化钛涂覆层包含的碳
氮氧化钛晶须具有在二维平面视图中测量的、大于约1.0μm的平均长度、大
于约0.2μm的平均宽度、以及大于约2.0的平均长宽比。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，该碳氮氧化钛涂覆层包含的碳
氮氧化钛晶须具有在二维平...

【专利技术属性】
技术研发人员：小阿尔弗雷德·S·盖茨，班志刚，
申请(专利权)人：钴碳化钨硬质合金公司，
类型：发明
国别省市：