[发明专利]具有包括含硼化物的扩散阻挡层的涂层的涂覆工具

说明书

一种包括涂覆面的涂覆工具，涂覆面包括基材(1)，涂层(2)被沉积在基材所具有的表面上，其中，基材由含钴材料制成，并且其中，该涂层包括至少一个含硼层(20)，而所述至少一个含硼层(20)含有铝，该层所含的硼作为硼化物存在，因此该含硼层(20)能够形成用于提供扩散阻挡层作用的其它层，尤其是当该涂覆工具或涂覆面暴露于约600℃和1200℃之间范围内的温度时，用于阻止钴从基材表面扩散到该涂层。

技术领域

很多工业加工过程都发生在严酷条件如高温下。这种严酷性也因苛求效率提升而被显著加剧。一种用于在这种工作条件下保护工业工具的做法是通过在工具表面上施加薄涂层而将工具与严酷环境分隔。在众多涂覆方法中，物理气相沉积(PVD)技术在学术界和行业中都已获得极大关注并且被公认获得巨大成功。

尽管如此，高温如今仍可能影响施加在工具表面上的涂层以及覆有涂层的工具表面(即覆有涂层的基材表面)。

一个众所周知的例子是涂覆的硬质合金切削刀具。在工具使用期间，尤其在由硬质合金制造或含有硬质合金的工具的情况下，可能发生的是因工具表面暴露在高温下而导致钴向外扩散到涂层中。此外，如果沉积是在高温下和采用高强度等离子体处理来进行的，钴向外扩散到基材表面可能早在沉积过程中已发生。

本发明要解决的问题

尽管采用了涂层，因为基材(如切削刀具的切削刃)在某些应用中(例如在切削含钛材料时)难免会暴露在高温下，故需要能够在涉及暴露于高温的应用中帮助避免基材表面损伤的涂层。

在本发明的上下文中，术语“高温”尤其是指在600℃至1200℃范围内的温度。

发明目的

本发明的主要目的是提供一种涂层，当涂覆的基材表面遇到高温时，涂层有助于抑制从基材表面至涂层的元素扩散。此问题通常可能出现在如下情况下：

1.在正被涂覆的基材表面上的涂层的形成过程中，例如因为在基材表面处由涂层沉积过程中的离子轰击造成的高温，或者

2.在涂覆基材的使用期间，例如因为涂覆的基材表面直接暴露于高温(例如当涂覆基材是要用在产生高温的涡轮机的一部分中的部件时)或涂覆基材间接暴露于高温(例如当高温是因为涂覆工具在机加工过程中与工件发生摩擦接触而产生)。

发明内容

本发明的目的通过提供一种涂覆基材来达成，其包括含钴(Co)的基材1和沉积在基材表面上的涂层2，该涂层包括至少一个含硼层20，其进一步包括铝并且其中硼以硼化物形式存在，其中，所述至少一个含硼层20被直接沉积在含钴基材1的表面上(见图3a)。

发明人观察到了含硼层20所含的硼化物出乎意料地具有抑制钴从含钴基材1扩散到涂层2的性能。

在由含钴材料制造的工具被用在机加工作业中的情况下，例如当采用硬质合金工具时，这种出乎意料的效果尤其对于避免基材损伤和涂层损伤是有用的。

发明人观察到了抑制扩散过程的机理是在基材表面与涂层之间的界面中起效的。

发明人观察到了包含Al-Co和B-Co的金属间相的含钴层21的形成(见图3a)，这至少发生在以下两种情况下：

1.当涂覆过程如此进行时，即，基材表面在涂层沉积过程中达到高温(例如由离子轰击造成)，和

2.当涂覆基材在使用过程中暴露于高温时。

因此可以抑制钴从含钴工件扩散至涂层，因为在基材1和涂层2之间界面中形成金属间相Al-Co和B-Co。