[发明专利]AI-Ti-Ru-N-C硬质材料涂层

说明书

本发明涉及含有Al和Ti的单层或多层的氮化硬质材料涂层或碳 氮化硬质材料涂层。

高耐磨性硬质材料层被施加于会经受磨损的物体(尤其是磨损部 件和工具)上，以增强其耐磨性。这些涂层的硬度值通常为15GPa 至高于40GPa。已经发现可用的硬质材料包括碳化物、碳氮化物、氮 化物和氧化物，这些硬质材料通常以层状排列的方式作为互补性的层 而结合使用。此时，由不同硬质材料构成的层交替排列，以满足在黏 附性、耐磨性以及韧性这些方面的各种要求。所用的基体为诸如硬质 合金、陶瓷材料、硬质材料以及工具钢之类的耐磨材料。

对于许多应用来说，已经发现，兼具优异的耐磨性以及高的抗氧 化性的(Al_xTi_1-x)(N_yC_1-y)涂层是有用的。在专利文献JP 2644710中描 述了(例如)具有立方晶结构、并且组成为(Al_xTi_1-x)(N_yC_1-y)的涂层， 其中0.56≤x≤0.75，0.6≤y≤1。向TiN中加入Al可提高涂层硬度， 并改善其抗氧化性。当x＞0.75时，由于形成六方相，从而使涂层硬 度降低。当x＜0.56时，氧化起始温度降至低于800℃。

可通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(热CVD、PACVD) 法来制造(Al_xTi_1-x)(N_yC_1-y)涂层。优选的PVD工艺为磁控溅射法。在 此，使用反应性气体使金属Al-Ti靶(其可为合金形式或为复合靶的 形式)雾化，从而通过这种方式沉积(Al_xTi_1-x)(N_yC_1-y)。所形成的 (Al_xTi_1-x)(N_yC_1-y)相通常处于亚稳态，并且在600℃至1000℃的温度范 围内会形成黏附沉淀，从而在高温下使用时可获得自硬化效果。沉积 涂层的组成主要由溅射靶的组成确定。另外，该涂层还可含有其他成 分，例如一定比例的工艺气体、杂质或其他添加剂。

引入其他的合金化元素、沉积多层涂层和/或有目标地设定工艺 参数(例如偏压)，能够使涂层在结构性能、摩擦学性能以及最终的 切削加工性能方面得到优化。同样有利的是，使六方结构在fcc(TiAl) N+hcp(AlTi)N两相体系中的比例保持较低。

因此，例如，在专利文献US 5 558 653中描述了添加Si，在专利 文献JP 08-199340中描述了添加Ca、Dy、Nd、Ce、Sr，在专利文献 JP 08-199341中描述了添加Y，在专利文献DE 36 11 492中描述了添 加Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W。

在许多应用中，上述这些层体系不能继续满足人们对耐磨性和韧 性(其继而决定了工具的寿命)提出的越来越高的要求。

因此，本发明的目的是满足以下要求：改善的耐磨性，在要求极 高的摩擦学应力组合情况下(例如，在高磨耗性抗衡材料的情况下或 者在切削刀头的切削刃处于高温的情况下)尤其是如此；以及通过使 切削刃具有高的抗缺口、抗碎裂稳定性，从而使工具具有改善的加工 可靠性。

上述目的通过独立权利要求的技术特征得以实现。该硬质材料涂 层可具有单层结构或多层结构。

至少一个涂层具有以下组成：(Al_xTi_yRu_zMe_v)(N_aC_1-a)，其中

0.45≤x≤0.75；

0.2≤y≤0.55；

0.001≤z≤0.1；

0≤v≤0.2

并且

0.8≤a≤1.1。