[发明专利]具有硬涂层的工件

说明书

本发明涉及具有本体(body)和位于其表面的至少一部分上的耐磨涂 层体系的工件，还涉及制造这类工件的方法以及制造装置的方法。

相关技术的论述

TiAlN是广泛用于机床硬化钢(hardened steel)的涂层，且通常通过 PVD方法施涂。

定义

我们理解物理气相沉积方法(PVD)指一种真空沉积方法，其中使用 等离子体并且材料由固体注入操作(processing)气氛中。因此，在术语 PVD中，如阴极弧蒸发、离子电镀、溅射、从而磁控溅射、所有涉及的 反应性或非反应性工艺均属于PVD工艺的范畴。

与之相反，CVD涂布方法、化学气相沉积和PECVD中，等离子体 增强的化学气相沉积由气相提供涂层。

对于器械(tooling)应用，用作单层体系或者用于带有具有不同 Ti/Al/N化学计量比的亚层(sublayer)的多层体系的TiAlN层至多可用于 最高900℃的工作温度，因为根据铝/钛比在高于800-850℃的温度下硬 度会开始降低。

因此，US 2005-0003239建议对工件施涂AlCrN涂层，从而提高它 们的抗氧化性。已知这种涂层具有良好的抗氧化性，并且根据铝/铬比具 有最高1100℃的热硬度。在WO 2006/005217中也提出了类似的建议， WO 2006/084404和US 2006-0222893试图通过使用不同的多层和/或通 过向AlCrN基体中引入其它元素来进一步改进涂层的抗氧化性和/或热 硬度。

US 2006-0269789公开了一种硬多层，从而以高速切削高硬度的材 料。该硬多层包括基于TiAlCrNX的第一层，其中X表示C或O。第二 层由TiAlCrNX和TiAl(SiC)NX的混合物构成，或者是这些交替材料层 的多层。最外的第三层基本由TiAl(SiC)NX构成。

EP 1690959中公开了改进对硬化钢的切削的另一种涂层。该涂层 包括基于不同Al和Si化学计量比的(TiAlSi)N的两层体系。

尽管有以上概述的方法，仍然需要在耐磨性和抗氧化性方面进一步 改进工件本体上的硬涂层体系，从而进一步改进这类工件的性能，特别 是在硬材料(特别是硬化钢)加工中用作切削工具的工件。

因此，本发明的目的是进一步改进硬涂层的耐磨性和抗氧化性。为 了实现该目的，提出了具有本体和位于该本体表面的至少一部分上的耐 磨硬涂层体系的工件，其中所述体系包括至少一个具有以下组成的层：

(Al_1-a-b-cCr_aB_bZ_c)X，

其中

X为N、C、CN、NO、CO、CNO中的至少一种，和

Z为W、Mo、Ta、Cb(也表示为Nb)中的至少一种，

并且其中：

0.2≤a≤0.5

0.01≤b≤0.2

0.001≤c≤0.04。

令人惊讶地，在满足上述化学计量比条件的情况下通过一般性地向 AlCrX型基体中加入硼(B)和所述Z元素中的至少一种就可以实现上述 目的。我们将这种层称为HL₀。

在本发明工件的优选实施方案中，元素Z选自钨W，且存在以下关 系：

0.01≤b≤0.01和

0.01≤c≤0.01。

我们称这种层为HL₁。

我们理解，在本说明书和权利要求书中，术语“涂层体系”或“涂层子 体系(subsystem)”指由一个单层或多层(即超过一层)构成的体系。