[发明专利]用金刚石层和硬质材料层涂覆体

说明书

本发明涉及一种经涂覆体和一种用于涂覆体的方法。所述经涂覆体至少包括：基底(22)、厚度为1μm至40μm的金刚石层(24)以及与金刚石层(24)相比向外更远地布置在体(10)上的硬质材料层(26)。硬质材料层(26)包含至少一种金属元素和至少一种非金属元素。厚度为2nm至80nm的粘合层(32)设置在金刚石层(24)与硬质材料层(26)之间。粘合层(32)包含碳和至少一种金属元素。金刚石层(24)可以借助于CVD法施加。硬质材料层可以借助于PVD法施加。在金刚石层(24)与硬质材料层(26)之间的粘合层(32)可以这样制造：在施加硬质材料层(26)之前，借助于HIPIMS金属离子蚀刻预处理金刚石层(24)的表面，其中借助于金属离子蚀刻将离子注入或使离子扩散进入金刚石层(24)的表面中。

本发明涉及一种经涂覆体和用于涂覆体的方法。

已知向体或体的一部分提供表面涂层以改善其特性。特别地，对于易受磨损的工具和部件，已知在功能表面上提供涂层。

防磨损保护可以例如通过应用于功能表面的体来实现。已知例如使用由多晶金刚石(PCD)构成的烧结体。例如，US 5 833 021公开了一种用于地钻的切削元件，其中将PCD元件烧结到圆柱形硬质金属体上的切削表面上。为了延长使用寿命，也将硬质材料层施加至PCD表面。建议作为涂层材料的材料是TiN、TiC、TiCN、TiAlCN、TiAlN、B₄C、CrN、CrC、ZrC或者与硅、铝、硼、碳、氮或氧结合以形成金属的硅化物、铝化物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物或碳氮化物的过渡金属或第IV族金属中的一种。PCD表面可以通过选择性蚀刻或者通过例如借助于激光溅射、离子轰击或等离子体蚀刻用反应性金属处理来预处理。层可以借助于CVD、MOCVD、PVD、溅射来施加。在涂层与PCD层之间的热膨胀系数差大的情况下，可以设置中间层以实现膨胀系数的逐渐变化。

DE 10 2010 006 267 A1描述了用于具有PCD体(即，合成制造的极紧密组装的金刚石晶体块，通过用金属粘合剂材料的烧结过程而制造)的工具的方法和层系统。通常将PCD基体施加至硬质金属基底。通过高能脉冲金属离子束使PCD表面活化，并通过金属离子蚀刻进行预处理。施加反应性作用的碳化物形成金属基层(例如由Cr、Ti构成)，然后施加粘合剂层，然后施加硬质材料覆盖层(例如TiAlN)。在各层之间布置相应的过渡层。

在一方面，CVD法已知用于形成薄涂层，涉及在基底表面上由气相沉积固体的化学气相沉积。借助于CVD法，可以在基底表面上制造不同的层和层系统。在这种情况下，由碳和氢构成的气氛沉积的合成金刚石层起特别作用。

金刚石涂层可以具有相当大的优势，用于易受磨损的部件和工具的功能表面尤其如此。金刚石涂层在化学上基本上是惰性的并且具有极高的硬度。然而，在一些情况下，例如在具有金刚石涂覆功能表面的工具中，可能出现问题。在高温下，可能发生该涂层氧化。在加工例如含铁铸造材料时，可能发生化学磨损。

另一类涂层通过PVD涂覆法和用其沉积的层形成。各种PVD法，特别是电弧气相沉积和溅射是已知的，通过PVD法，特别地，可以在基底上沉积硬质材料层。

US 5 543 210公开了一种切削工具，其具有硬质金属或陶瓷材料体和金刚石层以及由氮化铬、碳化铬或碳氮化铬构成的层。金刚石层可以与经涂覆体直接接触或者可以通过金属或耐磨材料的层与所述体隔开。金刚石层的厚度为1μm至20μm，优选为4μm至15μm，并且含铬层的厚度为0.1μm至5μm。金刚石层的颗粒尺寸优选为3μm至10μm。金刚石层可以通过已知的CVD或PVD涂覆法制造。含铬层可以通过任何已知的CVD或PVD法施加，优选通过离子镀施加。

JP 2003-145 309公开了一种具有硬质金属基体的金刚石涂覆切削工具。在微波CVD装置中施加厚度为约20μm的金刚石层。借助于电弧离子镀施加厚度为0.3μm的TiN层，并进一步施加厚度为约4μm的TiAlN层。

本发明的目的是提出一种经涂覆体和用于涂覆体的方法，其特别地对于易受磨损的工具和部件具有有利的特性。