[发明专利]具有硬涂层的工件

说明书

本申请是以下申请的分案申请：申请日2007年8月30日，申请号200780035900.8，发明名称“具有硬涂层的工件”。

技术领域

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。

背景技术

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 1 690 959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。

发明内容

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≤0.1和

0.001≤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。