[发明专利]TiAlN‑涂层工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种工具，所述工具包含由硬质金属、金属陶瓷、陶瓷、钢或高速钢制成的基体和以PVD工艺施加至所述基体的单层或多层耐磨保护涂层，所述耐磨保护涂层中的至少一层是钛铝氮化物Ti_xAl_yN层，其中x+y＝1。

背景技术

切削工具，尤其是金属切削工具，由例如由硬质金属、金属陶瓷、陶瓷、钢或高速钢制成的基体构成。为了增加工具寿命或改进切削特性，经常通过CVD或PVD工艺将单层或多层的由硬质材料制成耐磨保护涂层施加到所述基体上。在PVD工艺中，在不同的工艺变体例如磁控溅射、电弧蒸发(电弧PVD)、离子镀、电子束蒸发和激光烧蚀之间存在区别。PVD工艺中最常用于涂层工具的要数磁控溅射和电弧蒸发。在个别的PVD工艺变体中，又有多种的改性，例如非脉冲或脉冲磁控溅射或者非脉冲或脉冲电弧蒸发等。

在PVD工艺中的靶材可由纯金属或者两种或更多种金属的组合构成。如果所述靶材包含多种金属，则所有这些金属同时被引入涂层的、以PVD工艺构建的层中。所构造层中金属相互之间的相对比例将取决于所述靶材中的所述金属的比例，但因为与其它金属相比，一些金属在特定条件下以更大的量从靶材释放和/或以更大的量沉积到基底上，因此也将取决于PVD工艺中的条件。

为了生产特定的金属化合物，将反应气体进料到PVD工艺的反应室中，这样的反应气体例如是用于生产氮化物的氮气、用于生产氧化物的氧气、用于生产碳化物的含碳化合物或者用于生产相应混合化合物例如碳氮化物、氧碳化物等的这些气体的混合物。

WO 96/23911A1描述了在基底上的耐磨保护层，其由直接施加到基底上的硬质材料的涂层和施加到其上的一系列10到1000个另外的单个涂层构成，所述一系列涂层由具有1-30nm的单层厚度的金属硬质材料和共价硬质材料交替构成。通过周期性交替设置金属硬质材料和共价硬质材料的单个涂层，旨在改进所述耐磨保护层的机械和化学特性。

WO 2006/041367A1描述了一种涂层切削工具，其由硬质金属基底和以PVD工艺沉积的涂层构成，所述涂层包含至少一个具有1.5至5μm厚度和>4至6GPa的残余压应力的TiAlN涂层。据称，与已知涂层相比，该TiAlN涂层更有效地粘合至基底。

EP 2 298 954A1描述了一种用于制造涂层切削工具的方法，其中通过PVD工艺将硬质材料涂层例如TiAlN、TiAlCrN或TiAlCrSiN施加至基底，基底的偏压在沉积工艺期间变化。据称，该方法提供了工具的改进的耐磨性和较长的使用寿命。

在特定的金属加工操作，例如铣削和车削中，对工具加以特别苛刻的要求。这种类型工具的重要参数是高度的硬度、高弹性模量(E模量，杨氏模量)和低表面粗糙度。用于所描述用途的已知切削工具具有TiAlN涂层，该涂层以PVD工艺施加并通常具有小于400GPa的弹性模量和最高达3500HV的维氏硬度。因铝的熔化温度低，所以当这种类型的TiAlN层以电弧工艺沉积时，它们倾向于在层上和层中形成不利地影响涂层性能的所谓的小滴。合适地选择沉积工艺的参数可在PVD工艺中提高硬度和弹性模量，但是这通常在层中导致约>3GPa的高残余压应力，其不利地影响切削刃的稳定性。当经受高应力时，切削刃易于在早期崩裂，由此导致工具的快速磨损。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种工具，与现有技术相比，所述工具具有更好的涂层，该涂层具有高度的硬度、高弹性模量，且同时具有可接受的残余应力和切削刃的改进的稳定性。

技术方案