[发明专利]氧氮化铝涂覆的物品及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂覆的物品，例如像一种涂覆的切削刀具、一种涂覆的(坚硬的)碳化物钻头以及一种端铣刀。本发明进一步涉及一种涂覆的磨损部件，例如像阀体、冲头和模口。更确切地说，本发明涉及具有一个基底以及在该基底上的涂覆方案的一种涂覆的物品，如一种切削刀具或磨损部件。该涂覆方案包括通过化学气相沉积(CVD)而沉积的一个氧氮化铝涂层。总体而言，该涂覆方案进一步包括一个或多个其他涂层。

本发明还涉及一种用于制造带有氧氮化铝涂层的涂覆的物品(如切削刀具或磨损部件)的方法。该方法包括提供一个基底、并然后通过化学气相沉积而沉积一种涂覆方案。该涂覆方案包括至少一个氧氮化铝涂层。该气态混合物包括以下气体：氢气、氮气、三氯化铝、二氧化碳、氯化氢、氨、以及任选的一氧化碳和/或氩气。

背景技术

迄今为止，在授予Fried Krupp的英国专利申请GB 2038370A中，一种切削镶片包括一种涂覆方案，该涂覆方案包括一个金属氮氧化物涂层，其中该金属可以是铝、钛或锆。在一个实例中，一种硬质材料的可分度的切削镶片涂覆有来自TiCl₄和CH₄的气态混合物的一个碳化钛层。接着，该碳化钛涂层被涂覆有一个具有等于4的原子百分比的氮含量的Al₂O_2.8N_0.2层。该气态混合物包括50％的H₂、46.6％的N₂、0.4％的NH₄、2％的CO₂以及1％的AlCl₃。见第1页第51行至第59行。

在授予Sarin的美国专利号4,950,558中，一个陶瓷基底在其上具有一种涂覆方案。这些涂层之一包括Al_xO_yN_z，它是一种在组成上被分级的涂层。根据Sarin的专利(见第5栏第21行至第39行)，该氧氮化铝涂层可以通过同时进行以下反应来沉积：

(1)AlCl₃(g)+NH₃(g)→AlN(s)+3HCl(g)

(2)2AlCl₃(g)+CO₂+3H₂→Al₂O₃(s)+6HCl(g)

在这些实例中，该氧氮化铝涂层具有一种分级的组成。

虽然早期的产品包括了氧氮化铝的CVD涂层，但仍需要提供一种具有改进的性能特性的涂覆的物品，如一种切削刀具或磨损部件，它具有包括氧氮化铝涂层的一种涂覆方案。这样一种涂覆的切削刀具或磨损部件呈现了具有减小的拉伸应力直至中等的压缩应力的一个氧氮化铝涂层。减小的拉伸应力或中等的压缩应力条件可以归因于较低的热膨胀特性、良好的热稳定性、或者高的硬度中的一个或多个。

高度希望的是提供一种改进的涂覆的物品，如涂覆的切削刀具或涂覆的磨损部件，其具有包括氧氮化铝涂层的一种涂覆方案，其中该切削镶片连同磨损部件都具有改进的性能特性。这些改进的性能特性包括增大的耐磨性以及增大的抗热震性。

此外，高度希望的是提供一种涂覆的物品(如一种涂覆的切削刀具或涂覆的磨损部件)，它具有一个表现出减小的拉伸应力直至中等的压缩应力的氧氮化铝涂层。通过提供一种具有减小的拉伸应力直至中等的压缩应力的氧氮化铝涂层，该涂覆的物品表现出了对裂缝生长的抵抗性。在这样一种涂层中，拉伸应力条件了支持裂缝生长而压缩应力条件避免了裂缝和裂缝生长。在类似间断的切割的一种应用中，避免裂缝和裂缝生长是特别有利的。

另外，高度希望的是提供一种涂覆的物品(如一种涂覆的切削刀具或涂覆的磨损部件)，其具有一个氧氮化铝涂层，该氧氮化铝涂层具有较低的热膨胀特性，即在该涂层的表面上看不到微裂纹。在定量的意义上，这意味着在30X的光学显微镜下在涂层的月牙洼截面中观察到零裂缝产生。通过提供一种具有较低热膨胀特性的氧氮化铝涂抗热震性热震稳定性层，该涂覆的物品消除了热开裂的出现，这有益于改进切削刀具的抗热震性。

另外，高度希望的是提供一种涂覆的物品(如一种涂覆的切削镶片或一种涂覆的磨损部件)，其具有一个氧氮化铝涂层，该氧氮化铝涂层表现出良好的热稳定性，即该涂层在1200℃下在真空中热处理2小时后仍然存在。这意味着通过X射线衍射检测不到任何的相转变。通过提供一个具有良好的热稳定性的氧氮化铝涂层，该涂覆的物品表现出改进的耐磨性。