[发明专利]硬质材料涂覆的主体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有多层的层体系的、硬质材料涂覆的主体，该层体系包括至少一个Ti_1-xAl_xN-硬质材料层，并且涉及该主体的制造方法。根据本发明的涂层可以特别用于由钢、硬质金属、金属陶瓷和陶瓷组成的工具和构件，例如像钻头、铣刀以及转位式刀片。根据本发明涂覆的主体具有改善的磨损强度。

背景技术

磨损保护层在Ti-Al-N材料体系的一定范围中的制造已在WO03/085152A2中公知。在此，可行的是，在AlN的含量直至67％时，制造具有NaCl结构的、单相的TiAlN层。这样的立方形TiAlN层拥有相对高的硬度和磨损强度。当AlN的含量＞67％时，出现立方形TiAlN和六方形TiAlN的混合物，而当AlN份额＞75％时，仅出现较软的且不耐磨的六方形纤锌矿结构。

还已发现，借助等离子-化学气相沉积(CVD)，可以制造出单相Ti_1-xAl_xN硬质材料层，其中，x直至0.9(R.Prange，Diss.RTHW Aachen，1999，Fortschritt-Berichte VDI，2000，Reihe 5，Nr.576sowie O.Kyrylovet al.，Surface and Coating Techn.151-152(2002)359-364)。然而，在这种情况下不利之处在于，层组成的均一性不足以及层中的氯含量相对高。除此之外，方法实施复杂并且成本高。

对于公知的Ti_1-xAl_xN硬质材料层的制造而言，根据现有技术使用物理气相沉积(PVD)或等离子CVD法，所述方法在温度低于700℃时运行(A.L.Hultman，M.Oden，J.L.Karlsson，J.Vac.Sci.Technol.A20(2002)5，1815-1823sowie D.Heim，R.Hochreiter，Surfaceand Coatings Technology 8(1998)1553-1556)。对于该方法，不利之处在于，对复杂的构件几何形状的涂覆有难度。PVD是高度指向性的工艺，而等离子CVD则要求很高的等离子均一性，这是因为等离子的功率密度对层的Ti/Al原子比例有直接影响。以几乎仅在工业上使用的PVD法是不能在x大于0.75时制造出单相立方形Ti_1-xAl_xN层的。

由于立方形的TiAlN层表现为亚稳态结构，因此利用传统CVD法在≥1000℃的高温时，原则上是不可能制造的，这是因为在温度高于1000℃时，出现由TiN和六方形AlN组成的混合物。

相应于US 6,238,739B1还公知的是，当使用氯化铝、氯化钛以及NH₃和H₂的混合物时，通过无等离子支持的热学CVD法，在550℃至650℃的温度范围内，来获得具有x介于0.1和0.6之间的Ti_1-xAl_xN层。该特别的热学CVD法的缺点同样在于限于层化学计量x≤0.6以及限制在低于650℃的温度上。低的涂覆温度导致在层中达到12At.％(原子百分数)的、对于应用有害的、过高的氯含量(S.Anderbouhr，V.Ghetta，E.Blanquet，C.Chabrol，F.Schuster，C.Bernard，R.Madar，Surface andCoatings Technology115(1999)103-110)。

为了满足作为工具和零件上的磨损保护层的高要求，必须确保极其优良的附着。在PVD-TiAlN层中，TiN经常用作改善附着的层。第一TiN层与接下来施加的第二TiAlN层的组合在文献中有所介绍(S.G.Harris，E.D.Doyle，A.C.Vlasveld，J.Audy，D.Quick；Wear 254(2003)S.723-734)。