[发明专利]用于工具的多层硬质材料涂层

说明书

技术领域

本发明涉及用于切削用途的工具-特别是用于钻孔用途的工具(硬质金属和高速钢)的多层硬质材料涂层。

1a)经硬质材料涂覆的工具，依序具有若干不同的铝铬氮化物或者铝铬碳氮化物和硅氮化硅或者碳氮化硅层。

1b)工具，特别是切削工具和成型加工工具(钻头，铣刀，丝锥，螺纹成型机，滚齿刀，凸模，阴模，拉伸凸模等等)，其依序具有多层的不同氮化铝铬，或者铝铬碳氮化物和硅氮化钛，或者是碳氮化钛层以及这些工具的用途。

1c)一种用于生产具有限定层结构的连续多层的不同氮化铝铬或者碳氮化铝铬和硅氮化钛或者碳氮化钛层。

现有技术

EP 1174528A2描述了在工具上的由连续多个单层组成的涂层，其中第一层由元素Ti，Al和/或Cr的氮化物，碳化物，碳氮化物，硼化物，氧化物等组成，而第二层由Si和至少一个选自PSE(元素周期表)的4a，5a和6a族的元素的氮化物，碳化物，碳氮化物，硼化物，氧化物等组成。这涂层的优点据称为，通过在上层的Si显著改善了耐磨性和抗氧化性。尤其是在Cr-Si基底上的覆层在使用期限中显示出改善。选择TiAlN，CrAlN和TiN层作为下层。

在EP 1422311A2中，记载了在Al-Cr-(Si)-O基底上的硬质材料涂层，所述硬质材料涂层可以构造为氮化物，碳化物、氧化物、硼化物等。对于所有的涂层都适用的是，在涂层中含有少量的氧(1-25原子％)。另外还提及，可以在该发明中提及的涂层上涂覆其它的硬质材料涂层。作为例子特别给出了Ti-Si-N，Ti-B-N，BN，Cr-Si-N等。这个发明的优点尤其给出了结合入少量的氧或硅和氧，因为这导致更高的硬度并且提高了耐磨性和耐高温氧化性。

在EP 1219723A2中提出了在Ti-Al-Cr-X-N基底上的涂层，其中X可以为Si，B和/或C。该涂层的优点在于相对于传统的涂层，提高了耐磨性。另外，该发明描述了必须至少由Ti，Al和Cr构成的靶。

现有技术的缺点

与新的优化的(Al_1-xCr_xX)-(Ti_1-ySi_y)X-硬质材料层(其中X＝N和/或CN)相比，根据现有技术的硬质材料涂覆的工具具有较短的使用期限。

现有技术的缺点还在于，Al-Cr-N涂层在高温，在惰性气体环境下(例如氩气环境下)大约900℃时就已经开始发生涂层分解。如果在氧气环境下进行加热过程，这个分解过程推进到更高的温度范围。当在切削过程中观察连续切口时，在工具表面和工件之间的接触面局部可以达到非常高的温度(部分超过1000度)。如果现在这个接触面足够大，以致没有或很少氧气可以在涂层表面起稳定的作用，立方晶系CrN分解成六角晶系Cr₂N和进一步在更高温度下分解成金属Cr。这种涂层分解过程导致在使用中涂层的过早磨损，特别是形成月牙洼磨损。

本发明的任务

本发明应当避免现有技术的缺点并且特别用于改善经涂覆的工件的使用期限，所述经涂覆工件是例如切削工具，冲裁模具&成型模具或者用于机械制造和模具制造的构件。本发明的另一任务是，提供用于沉积这些层的方法，特别是用于将这些层沉积在所述工件上的方法。

任务的解决方案或者解决途径

根据本发明，这项任务可以通过按照权利要求1的硬质材料涂层，或者根据权利要求12的具有这种涂层的工件来解决。其它根据本发明的实施方案在从属权利要求中记载。

本发明描述了涂层的特殊多层结构，其应该防止涂层在使用期间快速破坏(磨损)。通过所述多层结构，AlCrN涂层内的CrN组分于较高温度的分解和后续扩散得到阻止或至少减缓。