[发明专利]硬涂层、硬涂布的工具以及它们的生产方法

说明书

一种硬涂层，其包括由基于fcc的氮化钛铝涂层形成的下层，和由具有hcp晶系的氮化铝涂层形成的上层，所述上层具有柱状晶体结构，所述柱状晶体具有0.05‑0.6μm的平均横剖面直径，并且所述上层中(002)晶面的X‑射线衍射峰值Ia(002)与(100)晶面的X‑射线衍射峰值Ia(100)的比例满足Ia(002)/Ia(100)≥6的关系。

技术领域

本发明涉及具有优异的耐崩裂性和涂层粘附力的硬涂层、硬涂布的工具以及它们的生产方法。

背景技术

具有TiAlN、TiC、TiN、Ti(CN)、Al₂O₃等的单层或多层硬涂层的切割工具常规上用于切割耐热合金钢、不锈钢等。这种硬涂布的工具的使用条件已经越来越苛刻；例如，在湿式切割不锈钢的情况下，在切割操作期间，出现工作组件和切削刃的熔融以及熔融的组件的剥落。这种熔融和剥落的重复造成硬涂层的剥落和崩裂，使得工具寿命缩短。为了解决这种问题，期望提供具有优异的耐崩裂性和涂层粘附力的硬涂层，和具有这种硬涂层的硬涂布元件，比如切割工具、模具等。

JP 2002-273607 A公开了具有氮化铝涂层的涂布的切割工具，其在基于WC的硬质合金基板的表面上通过热CVD方法在700-980℃的温度下形成，使用AlCl₃气体和NH₃气体作为起始材料气体。但是，JP 2002-273607 A的涂布的切割工具的氮化铝涂层通过将通过混合AlCl₃气体、NH₃气体、N₂气体和H₂气体获得的单组分起始材料气体提前引入CVD熔炉而形成。因为起始材料气体中的AlCl₃气体和NH₃气体的反应性极强，它们的反应在到达工作组件之前发生，形成具有粗晶粒结构的氮化铝涂层，其中(002)晶面的X-射线衍射峰值Ia(002)与(100)晶面的X-射线衍射峰值Ia(100)的比例Ia(002)/Ia(100)为约3。因此，已经发现JP2002-273607 A的具有氮化铝涂层的硬涂层具有低的耐崩裂性和涂层粘附力，遭受短的寿命。

JP 2005-297142 A公开了具有通过热CVD方法形成的氮化铝或碳氮化铝涂层作为最外层的硬涂布的工具。但是，JP 2005-297142 A的硬涂布的工具的氮化铝涂层具有粒状晶体结构，因为其通过将必然包含HCl气体的单组分起始材料气体供应进入到CVD熔炉中而形成。因此，已经发现具有这种氮化铝涂层的硬涂层具有低的耐崩裂性和涂层粘附力，遭受短的寿命。

发明目的

因此，本发明的目的是提供具有优异的耐崩裂性和涂层粘附力的长寿硬涂层、硬涂布的工具和它们的生产方法。

发明内容

本发明的硬涂层包括由基于fcc的氮化钛铝涂层形成的下层和由具有hcp晶系的氮化铝涂层形成的上层；上层具有柱状晶体结构；柱状晶体具有0.05-0.6μm的平均横剖面直径；并且上层中(002)晶面的X-射线衍射峰值Ia(002)与(100)晶面的X-射线衍射峰值Ia(100)的比例满足Ia(002)/Ia(100)≥6的关系。

在本发明的硬涂层中，在X-射线衍射角2θ为36°至39°的范围内，下层的(111)晶面和上层的(101)晶面的合并X-射线衍射峰值It(111)Ia(101)与Ia(100)的比例优选地满足It(111)Ia(101)/Ia(100)≥1.5的关系。这种结构进一步改善硬涂层的层间粘附力。

在本发明的硬涂层中，X-射线衍射峰值It(111)Ia(101)与下层的(200)晶面的X-射线衍射峰值It(200)的比例优选地满足It(111)Ia(101)/It(200)≥1.5的关系。这种结构进一步改善了硬涂层的层间粘附力。

在本发明的硬涂层中，30％或更多的晶格条纹优选地在下层和上层之间的界面中是连续的。这种结构进一步改善了硬涂层的层间粘附力。