[发明专利]包含多层PVD涂层的切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种包含硬质金属陶瓷、陶瓷、钢或高速钢的基材和总厚度是1μm至20μm的在PVD工艺中向其施加的多层涂层的工具，其中所述多层涂层包含通过阴极真空电弧蒸发(电弧PVD)沉积的粘结层和通过高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)沉积在其上的耐磨保护层。本发明还涉及一种用于制造所述工具的方法。

背景技术

诸如用于例如碎屑除去金属加工的那些切削工具的切削工具通常由硬质金属、金属陶瓷、钢或高速钢的基材(基体)组成，并具有通过CVD工艺(化学气相沉积)或PVD工艺(物理气相沉积)沉积在其上的金属硬质材料层的耐磨单层或多层涂层。在PVD工艺中，区分不同的变体，例如阴极溅射(溅射沉积)、阴极真空电弧蒸发(电弧PVD)、离子电镀、电子束蒸发和激光烧蚀。诸如磁控溅射、反应性磁控溅射和高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)的阴极溅射和电弧蒸发属于最常用于切削刀具的涂布的PVD工艺。

进行阴极真空电弧蒸发(电弧PVD)时，电弧熔化和蒸发靶材料在腔室和靶之间进行。在该工艺中，大部分的蒸发材料被离子化并朝向基材加速，基材具有负电位(偏置电位)，且沉积在基材表面上。阴极真空电弧蒸发(电弧PVD)的特征在于高沉积速率，由于蒸发材料的高电离引起的致密层结构以及工艺稳定性。然而，显著的缺点是由小金属飞溅的发射引起的微粒(液滴)的工艺依赖性沉积，对此的避免是非常复杂的。液滴导致在沉积层上不期望的高表面粗糙度。

在阴极溅射(溅射)中，原子或分子通过用高能离子轰击从靶中除去，并将其转移到气相中，随后其直接或在与反应气体反应之后从所述气相沉积到基材上。由磁控管支撑的阴极溅射包括两种基本的工艺变型：常规DC磁控溅射(DC-MS)和HIPIMS工艺。在磁控溅射中，不会发生在阴极真空电弧蒸发(电弧PVD)中的不利的液滴形成。然而，在常规DC-MS中，涂布速率比较低，这意味着较高的工艺持续时间，且因此导致经济上的不利。

当使用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)时，磁控管在高电流密度下以脉冲模式操作，特别是由于溅射材料的改善电离，产生呈较致密层形式的改善的层状结构。在HIPIMS中，在靶处的电流密度通常超过常规DC-MS的密度。

通过DC-MS和HIPIMS沉积的层常常展示出相当大的结构差别。DC-MS层通常在基材上以柱状结构生长。相比之下，在HIPIMS工艺中，获得微晶层状结构，其特征在于与DC-MS层相比具有改善的磨损特性和与其相关的更长使用寿命。HIPIMS层通常比柱状DC-MS层更硬，但是它们对于与许多基材的粘附也显示出缺点。

EP 2 653 583描述了一种用于通过PVD沉积基本上由三层组成的层系统的涂布程序，其中所述层系统包含一层布置在另一层之上的通过从蒸发材料(靶)M1进行阴极真空电弧蒸发(电弧PVD)沉积的接触层S1、通过HIPIMS从放电材料(靶)M2沉积的覆盖层S3和通过蒸发材料M1以及放电材料M2的电弧PVD和HIPIMS的平行操作沉积在其间的中间层S2。在该层系统中，与基本具有相同化学组成的比较涂层相比较，旨在获得较低的表面粗糙度。

WO2013/068080描述了一种通过HIPIMS制造层系统的方法，其中交替地具有较细和较粗粒度的HIPIMS层通过交替地施加较长和较短的脉冲持续时间来沉积。这一交替层系统将具有良好的磨损特性。目的

本发明的目的在于提供具有耐磨保护涂层的工具以及其制造方法，其具有已知层系统的优点，特别是在HIPIMS工艺中沉积的层的优点，并且同时克服了从现有技术已知的缺点，特别是不充分的粘附。

发明内容

根据本发明，该目的通过提供一种工具实现的，所述工具具有硬质金属、金属陶瓷、陶瓷、钢或高速钢的基材和在PVD工艺中沉积到其上的总厚度是1μm-20μm的多层涂层，其中所述多层涂层包含接触层和直接沉积在其上的耐磨保护层，

-其中所述粘结层通过阴极真空电弧气相沉积(电弧PVD)沉积且具有多层设计，其中所述粘结层的一层直接布置在另一层之上的多个层具有不同的组成，且其中所述粘结层中的多个层各自由至少两种选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Ru、Hf、Ta、W、Al、Si、Y、Li和B中的不同金属的碳化物、氮化物、氧化物、碳氮化物、碳氧化物(Oxicarbiden)、碳氧氮化物(Carboxinitriden)及其固溶体形成，且