[发明专利]纳米复合材料耐火涂层及其应用

说明书

本申请涉及纳米复合材料耐火涂层及其应用。在一个方面，本发明描述了制品，所述制品包括耐火涂层，所述耐火涂层采用纳米复合材料结构。在一些实施例中，具有此类耐火涂层的制品适用于高磨损和/或磨耗应用中，诸如金属切削操作。本文所述的带涂层的制品包括基底和通过CVD沉积的涂层，所述涂层粘附到所述基底，所述涂层包括耐火层，所述耐火层具有包括氧化铝的基质相以及包含在所述基质相内的纳米颗粒相，所述纳米颗粒相包括由IVB族金属的碳化物、氮化物和碳氮化物中的至少一种形成的晶体纳米颗粒。

技术领域

本发明涉及耐火涂层，并且具体地讲，涉及通过化学气相沉积法(CVD)沉积以用于切削工具应用的耐火涂层。

背景技术

切削工具(包括烧结碳化物切削工具)已用于带涂层的和不带涂层的条件两者中以便加工各种金属和合金。为了提高切削工具耐磨性、性能和寿命，已将一层或多层耐火材料施加于切削工具表面。已通过CVD并通过物理气相沉积法(PVD)将例如TiC、TiCN、TiN和/或Al₂O₃施加于烧结碳化物基底。虽然在多种应用中能有效抑制磨损并延长工具寿命，但基于上述耐火材料的单层或多层构造的耐火涂层已日益达到其性能极限，从而要求开发用于切削工具的新涂层结构。

发明内容

在一个方面，描述了制品，该制品包括耐火涂层，该耐火涂层采用纳米复合材料结构。简而言之，本文所述的带涂层的制品包括基底和通过CVD沉积的涂层，该涂层粘附到基底，该涂层包括耐火层，该耐火层具有包含氧化铝的基质相以及包含在基质相内的纳米颗粒相，该纳米颗粒相包含IVB族金属的碳化物、氮化物和碳氮化物中的至少一种的晶体纳米颗粒。在一些实施例中，纳米颗粒嵌入基质相的氧化铝晶粒内。另外，纳米颗粒可以预定方式分散在整个基质相中。在一些实施例中，例如，纳米颗粒以一个或多个纳米颗粒浓度带分布在氧化铝基质相中。纳米颗粒浓度带可沿着耐火层的厚度表现出周期性间隔或非周期性间隔。在一些实施例中，氧化铝基质相中的纳米颗粒分布被预定并且用本文所述的CVD沉积参数来控制。

这些和其他实施例在下文的具体实施方式中进一步描述。

附图说明

图1示出了根据本文所述的一个实施例的切削工具基底。

图2(a)-图2(b)为根据本文所述的一个实施例的纳米复合材料耐火层的一部分的透射电子显微镜(TEM)横截面图像。

图3(a)-图3(b)为根据本文所述的一个实施例的纳米复合材料耐火层的多部分的TEM图像。

图4(a)-图4(b)为根据本文所述的一个实施例的纳米复合材料耐火层的多部分的TEM图像。

图5(a)-图5(b)为根据本文所述的一个实施例的纳米复合材料耐火层的多部分的TEM图像。

具体实施方式

参考以下具体实施方式和实例以及前述和下述内容可更容易地理解本文所述的实施例。然而，本文所述的元素、设备和方法并不限于具体实施方式和实例中所述的具体实施例。应当认识到，这些实施例仅示例性地说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的情况下，多种修改和变更对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

在一个方面，描述了制品，该制品包含耐火涂层，该耐火涂层采用纳米复合材料结构。在一些实施例中，具有此类耐火涂层的制品适用于高磨损和/或磨耗应用中，诸如金属切削操作。本文所述的带涂层的制品包括基底和通过CVD沉积的涂层，该涂层粘附到基底，该涂层包括耐火层，该耐火层具有包含氧化铝的基质相以及包含在基质相内的纳米颗粒相，该纳米颗粒相包含IVB族金属的碳化物、氮化物和碳氮化物中的至少一种的晶体纳米颗粒。在一些实施例中，纳米颗粒嵌入基质相的氧化铝晶粒内。在嵌入氧化铝晶粒中的情况下，在耐火层沉积期间，纳米颗粒不终止氧化铝晶粒的发展或生长。因此，单独的氧化铝晶粒可表现出纳米颗粒增强物的若干区域。另外，纳米颗粒可以预定方式分散在整个氧化铝基质相中。