[发明专利]包含Hf-B-C三元相的新型涂覆材料

说明书

本发明涉及一种涂覆基材，其具有沉积在基材表面的至少一个部分上的涂层，所述涂层包含至少一个金属硼碳化物层，其特征在于，该金属硼碳化物层是显示出多晶结构的由Hf_uB_vC_w单相形成的三元化合物，其中，u+v+w＝100并且35>v>0原子百分比且35>w>0原子百分比且u≤60原子百分比。本发明还提供一种沉积这种涂层的方法。所述涂层包含至少一个金属硼碳化物层，其特征是，该金属硼碳化物层是显示出多晶结构的由铪、硼和碳的单相形成的三元化合物。

本发明涉及铪、硼和碳的三元相形成的涂覆材料，其可被沉积在零部件和工具的表面上以改善其性能。本发明还涉及制造这种涂覆材料的方法。

现有技术

金属硼碳化物材料作为涂层的使用以及利用物理气相沉积(PVD)制造这种涂层的方法从现有技术中是众所周知的。

在J.Phys.:Condens.Matter 25(2013)045501(6pp)所所发表的理论文献“Systematic study on the electronic structure and mechanical properties ofX₂BC(X＝Mo,Ti,V,Zr,Nb,Hf,Ta and W)”中，报导到利用量子力学计算预测Mo₂BC型相态在Mo被其它过渡族金属例如Ti、V、Zr、Nb、Hf、Ta或W取代时的性能的研究。根据所述计算，对于更高的价电子浓度(VEC)预期有更高的延展性水平，这可以通过更高的正柯西压力和更大的体积与剪切模量比值(B/G)推断出。作为所述研究的结论，已经表明这种相当不寻常的高刚性与适度延展性的组合使得X＝Ta、Mo和W的X₂BC型化合物成为用于保护切削和成型工具的具有很大发展前景的可选材料。

例如专利WO2014053209A1披露了一种利用脉冲PVD工艺制造金属硼碳化物涂层的方法。特别的是，WO2014053209A1建议使用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术，由此必须以脉冲形式施加极高的电流和相应的功率密度。这样一来，可以形成金属硼碳化物的微晶相，确切说是在低于600℃的Mo₂BC，在其它情况下它只能通过传统的直流磁控溅射在基材温度高于600℃时合成。WO2014053209A1还披露了，由过渡族金属例如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W形成的金属硼碳化物应该特别适用于获得良好的耐磨性或低摩擦系数。但是迄今为止，并非所有这些可能合适的金属硼碳化物都是可获得的或可被制成的。

此外，借助HiPIMS技术制造金属硼碳化物的上述方法通常是昂贵且复杂的。所提出的微晶Mo₂BC涂层除其微晶相外，也显示出相当多的非晶相和/或纳米晶相。已知的微晶Mo₂BC涂层的这种物理性质限制了其工业应用，因为这种材料的机械性能和热力学性能通常受到非晶/或纳米晶界相性能的控制。

从现有技术中知晓的上述缺点意味着，能够以出色的机械性能适应工业应用中严格要求的金属硼碳化物应该在本质上显示出单相晶体结构。

发明目的

本发明的目的是提供一种涂覆材料，其能够以简单方式制造并且能相比于现有技术的金属硼碳化物涂层例如Mo₂BC给零部件和工具，尤其是切削刀具和/或成型工具提供相似的或更好的性能。

发明概述

本发明的目的通过制造一种新型涂覆材料来实现，该涂覆材料包括由铪、硼和碳形成的三元相材料。该新型的合成三元相显示出对应于化学式HfB_xC_1-x的化学组成。就此而言，应该理解的是，当x＝0.5时，该三元相的化学组成将是Hf₁B_0.5C_0.5，此化学组成对应于Hf₂BC。