[发明专利]用于制备涂覆底材型体的方法、具有涂层的底材型体及此涂覆底材型体的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过CVD沉积至少一层由元素周期表中第IVA至第VIA族金属的碳氮化物组成的层而制备涂覆底材型体的方法。

此外，本发明涉及一种涂覆底材型体及其用途。

背景技术

硬质材料涂层是自很久以来就已知的，并用于提高型体表面处的耐磨性。尤其是在作为切削刀具使用的底材型体方面，单层或多层的表面涂层已经被有效使用了多年。TiCN和TiC属于已知的防磨层。

DE 25 05 007 A1中描述了具有铁、硼、硅或元素周期表第IVA至第VIA族的过渡金属或它们的衍生物的碳化物、氮化物和/或碳氮化物的无机底材，可利用能提供碳或氮的有机物质，必要时在另外的添加剂存在下，沉积出来。作为有机碳和氮供体提及许多物质，尤其也提及氰基烷基。所提及的金属的衍生物应以氢化物、羰基化物、羰基氢化物、金属有机化合物和卤化物的形式使用。化学沉积法(CVD)应在500℃至800℃之间进行。

此外，尤其在DE 25 05 008 A1中还提及，按照此方法由碳化物、氮化物和/或碳氮化物制备扩散层。

此外，按现有技术已知的是，CVD法允许优选在800℃至1000℃之间的温度下进行。所谓的中温CVD法的优势在于，涂覆时底材材料不再如以前通常的那样受到高温，在高温下部分情况下底材型体发生非期望的组织改变。例如参见EP 0 440 167 B1，其中描述了一种意于借助于CVD在700℃至900℃的温度下，在金属陶瓷底材型体上涂上至少一层碳氮化钛层的方法，其中在使用的CVD法中除了四氯化钛和氢外还意于使用一种含乙腈的反应气体。使用中温法来沉积TiCN层中获得具有织构化层状结构的涂层，该涂层具有高的耐磨性。

中温CVD工艺也在文献US 2002/0012818 A1，US 6,472,060 B1，EP 1 471166 A2和EP 1 471 165 A2中提及。在这些文献里，在气相中尤其加入CO和CO₂作为掺杂剂，由此主要力求晶粒细化。

根据现有技术，TiC大多使用CH₄借助于CVD法来沉积。在DD 276 603 A3中提出用含C₆H₆的气体混合物来沉积TiC。苯作为碳载体也可与氮或氮的衍生物结合用来沉积TiCN。

对TiCN和ZrCN层的研究已表明，这些具有确定结构的层，比非织构化的层具有更好的磨损性能。沉积的碳氮化物层的织构化可通过选择在气相中的反应物来控制。

在文献“Mat.-wiss.u.Werkstofftech.(材料科学与材料技术)，25，79-85(1994)”中描述了不同种的烃对CVD-TiC_x硬质材料层的制备、结构和耐磨性的影响，结果是，硬质材料层的组织结构在很大程度上决定了其机械稳定硬度或耐磨性。相对较粗晶粒的TiC_x层，其在气相中使用正庚烷制备，表现出相对较粗晶粒的突起的柱状组织，该组织具有提高的产生裂纹的倾向。而由苯制备的TiC_x层显示出细结晶的粒状组织，该组织具有高的机械稳定性。

在铸铁的切削中优选使用具有TiCN层的底材型体，其具有高的含碳量。如果意于用TiCN涂覆的底材型体来切削钢，则根据现有技术，选择具有提高的氮含量的TiCN。

在已知的CVD法中，TiCN层中C/N比例可通过改变N₂(作为唯一的氮供体)和CH₄(作为唯一的碳供体)在气相中的气体量来控制，然而在此得到的是具有各向同性的性能的TiCN层，其与具有各向异性的性能的TiCN层相比耐磨性较差。

发明内容

由上述的现有技术出发，本发明的任务在于阐明一种方法，利用这种方法能够制备一种具有高耐磨性的层或层体系。本发明的任务还意于在于，阐明相应的涂覆底材型体及其用途。

首先提及的任务可通过如下所述的本发明方法解决。本发明方法的进一步改进也在下文中描述。

本发明提供如下内容：

第一项：通过CVD沉积至少一层由元素周期表第IVA至第VIA族金属的碳氮化物组成的层而制备涂覆底材型体的方法，其特征在于，在气氛中存在至少一种有机碳载体和至少一种有机氮载体，其中所述碳载体为单环烃，所述氮载体为腈或胺或杂环烃或它们的混合物。

第2项：根据第1项的方法，其特征在于，所述腈为乙腈。

第3项：根据第1项的方法，其特征在于，所述胺为乙胺。